基于径向偏置的机器人堆焊复杂外形工件的轨迹规划方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102218578A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102218578A(43)申请公布日2011.10.19(21)申请号201110138103.0(22)申请日2011.05.26(71)申请人东南大学地址211189江苏省南京市江宁开发区东南大学路2号(72)发明人孟正大程学刚桂文斌周源王成(74)专利代理机构南京天翼专利代理有限责任公司32112代理人朱戈胜(51)Int.Cl.B23K9/04(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称基于径向偏置的机器人堆焊复杂外形工件的轨迹规划方法(57)摘要本发明涉及的是一种基于径向偏置的机器人堆焊复杂外形工件的轨迹规划方法，该方法基于工件CAD模型自动规划机器人焊接路径，采用以工件截面一侧的轮廓线为偏置线，向截面另一侧轮廓线逐次进行径向偏移，自动生成该截面焊接轨迹线，以保证工件外形精度与轨迹线问的间距，消除环的自交与直线段消失等问题。对于曲率变化过大的偏置线，根据曲率特征进行分段偏置以适应复杂轮廓；根据焊接工艺要求以及工件模型的外形特征，设计修复算法，对偏移后的轨迹线进行调整以修复盲区，减少补焊和打磨所需的工作量。本方法适用于利用弧焊机器人堆焊具有不同外形包括复杂外形工件的场合，可大大缩短机器人堆焊作业的编程时间，显著提高机器人的使用效率。CN102857ACCNN110221857802218587A权利要求书1/2页1.一种基于径向偏置的机器人堆焊复杂外形工件的轨迹规划方法，其特征在于包括步骤：1)在工件的三维CAD模型中，按焊道高度截取一系列的截面；2)在截面上，根据焊道宽度与工件截面边界线的长度自动计算偏置距离：3)采用径向偏置法将焊接的轨迹向内进行偏移，产生新的轨迹，该轨迹是样条属性的偏置线；4)对样条属性的偏置线即新的轨迹进行裁剪，去除工件外的多余轨迹线；5)对所述偏置线进行盲区修复，以消除盲区；6)对偏置后的各轨迹线进行排序，生成该截面的堆焊轨迹；7)从与工件基座直接熔接的第一层截面开始直至最高层截面，重复步骤2)～6)，产生整个工件的堆焊轨迹。2.如权利要求1所述的基于径向偏置的机器人堆焊复杂外形工件的轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤3)中，针对复杂空间形状的工件，选择工件截面一侧的轮廓线为偏置线进行偏置，偏置方式采用径向偏置法，径向偏置法的步骤包括：a)获得偏置线的样条控制点；然后对偏置线上每一个控制点都沿着偏置线在该点的曲率半径方向向内移动偏置距离，得到新的控制点；通过一系列的新控制点形成一条新的样条曲线，即得到一条与该偏置线直接相邻的焊接轨迹；b)以所述新形成的焊接轨迹线为偏置线，按步骤a)中的方法继续进行偏置；如此重复，直至截面另一侧的轮廓线。3.如权利要求2所述的基于径向偏置的机器人堆焊复杂外形工件的轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤a)中，当偏置线上某些控制点曲率半径小于偏置距离无法完成径向偏置时，根据曲率特征，以曲率过大的控制点为断点对偏置线进行分段，将偏置线分为几个小段，对每一小段都按步骤a)中的方法进行径向偏置，然后将偏置后的曲线连接起来得到焊接轨迹。4.如权利要求1所述的基于径向偏置的机器人堆焊复杂外形工件的轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤5)中，修复盲区的方法如下：设修复前原焊接轨迹l2的末点为P2，P2点焊料可达区域为以P2为圆心，半径D/2的圆域，其中D为焊道宽度；设上一条已经修复好的焊接轨迹线l1以及它所形成的宽度为D的焊道的内边界l4，与内轮廓线重合的最内侧焊接轨迹线l3以及它所形成的宽度为D的焊道的内边界为l5，l4与l5之间夹角为θ；由l4、l5和以P2为圆心，半径为D/2的圆所围成的区域即为盲区；设原焊接轨迹l2在末点P2处的盲区宽度为d，修复后该轨迹的末点为P3，允许的残留盲区宽度为d′；将l4和l5在P1点附近的曲线简化为直线段，并将盲区相关部分简化，简化与修复方法是：P1点处两直线的斜率分别为两条曲线l4和l5在交点P1处切线斜率，其切线的单位矢量分别为和两矢量之间的夹角为θ；使得P3点在和的角平分线上；P1的坐标已知，通过式(1)即可计算P3的位置：2CCNN110221857802218587A权利要求书2/2页将焊接轨迹线l2从P2延伸到P3，即可完成该盲区的修复。5.如权利要求1所述的基于径向偏置的机器人堆焊复杂外形工件的轨迹规划方法，其特征是所述步骤6)中，对偏置后的各轨迹线进行排序的方法是：首先指定基准线的方向为向右R-Line还是向左L-Line；对于R-Line按照Z字型路径连接相邻的轨迹线，并改变路径方向，最后焊接内轮廓；对于L-Line，方向相反，其它相同；以此类推，最终生成整个截面焊接轨迹序列。6.如权利要求1所述的