一種基于模型的焊接機器人離線示教數(shù)據(jù)的獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人離線示教技術(shù)，一種基于模型的焊接機器人離線示教數(shù)據(jù)的獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]專用的機器人離線示教過程是在專用離線示教軟件中進行的，編寫離線示教程序的人員需要掌握專用離線示教軟件的操作技能，并且要具備熟練掌握機器人示教的專業(yè)知識以及熟練掌握焊接工藝，如果不具備上述專業(yè)技能和知識的人員，很難快速并準確地確定焊接示教點及焊接點上的焊接角度。
[0003]針對上述專業(yè)不熟練人員的示教工作，需要開發(fā)一種在常用的三維造型軟件中建立焊接件模型，只需根據(jù)焊接工藝參數(shù)的要求就能準確、方便地對模型進行操作，確定示教點位置和焊接角度的一種基于模型的焊接機器人離線示教數(shù)據(jù)的獲取方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是鑒于上述的需求，提供能在常用三維造型軟件中，只需根據(jù)焊接工藝參數(shù)的要求就能準確方便地確定示教點位置和焊接角度的一種基于模型的焊接機器人離線示教數(shù)據(jù)的獲取方法。
[0005]上述發(fā)明目的采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)，本發(fā)明提供了一種基于模型的焊接機器人離線示教數(shù)據(jù)的獲取方法，包括以下步驟:
(1)模型生成模塊:在常用三維造型軟件中，首先建立機器人坐標系，用ο-xyz表示，并在O-xyz中合適的位置，按照焊接件大小進行1:1建模，在三維軟件中生成和焊接件相同的三維立體模型；
(2)理論示教線的建立模塊:在上述步驟(I)模塊中選取模型上的邊線或者復制編輯邊線創(chuàng)建符合焊接工藝要求的理論的焊縫示教線；
(3)拾取示教點位置模塊:在上述步驟(2)模塊中選擇需要的焊縫示教線，在焊縫示教線上選擇、編輯示教點的位置，確定焊縫上示教點的示教順序；
(4)示教點位置坐標生成模塊:對上述步驟(3)模塊中的三維模型文件進行保存，并對保存的文件信息進行提取處理，就可以得到模型中選取的示教點的坐標值，用(X，y，z)形式表示，并按照示教點的示教導出示教點的坐標值；
(5)示教點焊接角度設(shè)定模塊:針對上述步驟(3)模塊中拾取的示教點，在獲取示教點的坐標值的基礎(chǔ)上，進一步設(shè)定每個示教點的焊接角度，包括工作角Θ和前進角Φ，可以采用圖形操作法和數(shù)值輸入法確定；
(6)示教點的示教數(shù)據(jù)生成模塊:根據(jù)上述步驟(4)、(5)模塊中選定的所有示教點的位置坐標值和焊接角度，通過矩陣運算，就可以得到每個示教點相對于機器人坐標系的示教數(shù)據(jù)，包括位置和姿態(tài)，以(X，y，z, u，v, w)形式保存下來，并按照示教點的示教順序傳送到機器人。
[0006]本發(fā)明提供了一種對于不熟悉焊接工藝和示教操作人員能快速并準確地獲取焊接機器人離線示教數(shù)據(jù)的一種方法。
【附圖說明】
[0007]圖1:三維模型、示教線及示教點示意圖；
圖2:示教線為直線時示教點P處坐標系示意圖；
圖3:示教線為曲線時示教點P處坐標系示意圖；
圖4:圖形操作法設(shè)定焊接工作角Θ示意圖；
圖5:圖形操作法設(shè)定焊接前進角Φ示意圖。
[0008]其中:1_機器人坐標系O-xyz ;2_焊接件模型；3_示教線；4_示教點；5_示教方向；6-教點P的坐標系P-xyz -J-手柄。
【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做進一步說明。
[0010]本發(fā)明以常用的三維造型軟件AutoCAD為例，說明本發(fā)明的具體的實施方式，包括如下步驟。
[0011](I)首先在三維模型中建立機器人坐標系，用o-xyz表示，如圖1所示。在0_xyz的合適的位置，按照焊接件大小進行1:1建模，在三維軟件中生成和焊接件相同的三維立體模型。
[0012](2)根據(jù)焊接工藝的要求，通過選取模型上的邊線或者復制編輯邊線的方法創(chuàng)建理論的焊縫示教線，理論的焊縫示教線是符合焊接工藝要求的，按照焊接過程中焊槍理論的焊接軌跡的要求來創(chuàng)建。
[0013](3)在建立的焊縫示教線上，通過畫點的方法選取焊接示教點，畫點可以手動選取，也可以利用線段等分的方法畫點，同時可以對選取的示教點進行編輯調(diào)整，確定示教點的示教順序，示教點及示教順序確定之后保存模型文件，如保存為dxf格式。
[0014](4)對上述模型文件的信息進行提取處理，就可以得到模型中選取的示教點的坐標值，用(X，y, Z)形式表示，并按照示教點的示教順序?qū)С鲞x取的所有示教點的坐標值。
[0015](5)在選取示教點后，進一步設(shè)定示教點上的焊接角度。
[0016]首先建立通過示教點P的坐標系ρ-xyz，用于確定示教點上相對于的坐標系P_xyz的焊接角度。下面就以示教點P為例，說明示教點的焊接角度的設(shè)定過程。
[0017]I)坐標系P-xyz的建立。
[0018]首先建立坐標系P-xyz的y軸，示教點處示教線的切線方向P_xyz的y軸方向，并且指向焊接方向的為正方向。如果該示教點所在的示教線為直線，如圖2所示，P-xyz的y軸就是示教方向的示教線方向為P-xyz的y軸的正方向；如果該示教點所在的示教線為曲線，如圖3所示，P-xyz的y軸就是示教方向的示教曲線的切線方向為P-xyz的y軸的正方向。
[0019]其次是建立坐標系P-xyz的X軸和z軸，在垂直于P_xyz的y軸的平面內(nèi)選取P-xyz的X軸和z軸，這兩個軸方向的選取盡量要和模型中坐標系O-xyz的坐標軸重合，這樣可以減少計算工作量。
[0020]示教點P的坐標系P-xyz相對于機器人坐標系O-xyz的位置和各個坐標軸之間的角度設(shè)定后，示教點P的坐標系P-xyz相對于機器人坐標系0-xyz的對應(yīng)關(guān)系矩陣A就建立起來了。
[0021]2)示教點P處焊接角度的選定。
[0022]示教點P的焊接角度包括工作角Θ和前進角Φ，可以采用圖形操作法和數(shù)值輸入法。
[0023]圖形操作法中，以示教點P為圓心建立一個可以繞P點轉(zhuǎn)動的手柄，手柄的方向就代表著焊槍的焊接角度，在圖中通過調(diào)節(jié)手柄的空間位置的方法確定焊槍的焊接角度。
[0024]為了更方便準確直觀地選定示教的焊接角度，對焊接的工作角Θ和前進角Φ分別設(shè)定。
[0025]工作角Θ的設(shè)定:圖4是沿坐標系P-xyz中y軸的投影視圖，即xpz坐標面，手柄和X軸之間的夾角就是焊接的工作角Θ，通過拖動手柄轉(zhuǎn)動來改變Θ角大小的方法來確定工作角Θ的大小。
[0026]前進角Φ的設(shè)定:圖5是沿坐標系P-xyz中x軸的投影視圖，即ypz坐標面，手柄和y軸之間的夾角就是焊接的前進角Φ，通過拖動手柄轉(zhuǎn)動來改變Φ角大小的方法來確定工作角Φ的大小。
[0027]工作角Θ和前進角Φ的設(shè)定也可以通過利用對話框填寫數(shù)值的方法來確定Φ和Θ角的大小。
[0028]工作角Θ和前進角Φ確定之后，在示教點P點處的焊接角度就確定了，示教點P處焊槍姿態(tài)也就確定了，焊槍的相對于坐標系P-xyz的變換矩陣B就確定了。
[0029](6) A、B矩陣確定之后，示教點P處焊槍相對于機器人坐標系O-xyz的位置和姿態(tài)矩陣C就可以表示為:C=AB。通過同樣的方法可以得到所有示教點處焊槍相對于機器人坐標系O-xyz的位置坐標值和焊接角度，即示教點的示教數(shù)據(jù)(X，y, z, u, v, w)就確定下來，獲取了焊接機器人離線示教的示教數(shù)據(jù)，同時按照示教順序把示教數(shù)據(jù)導出并傳送到機器人，實現(xiàn)焊接機器人的離線示教。
【主權(quán)項】
1.一種基于模型的焊接機器人離線示教數(shù)據(jù)的獲取方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)模型生成模塊:在常用三維造型軟件中，首先建立機器人坐標系，并在合適的位置按照焊接件大小進行1:1建模，在三維軟件中生成和焊接件相同的三維立體模型； (2)理論示教線的建立模塊:在上述步驟(I)模塊中選取模型上的邊線或者復制編輯邊線創(chuàng)建符合焊接工藝要求的理論的焊縫示教線； (3)拾取示教點位置模塊:在上述步驟(2)模塊中選擇需要的焊縫示教線，在焊縫示教線上畫點，以點的位置來表示要選擇的示教點的位置，并確定焊縫上示教點的示教順序； (4)示教點位置坐標生成模塊:對上述步驟(3)模塊中的三維模型文件進行保存，并對保存的文件信息進行提取處理，就可以得到模型中選取的示教點的坐標值，并按照示教點的示教順序?qū)С鍪窘厅c的坐標值； (5)示教點焊接角度設(shè)定模塊:針對上述步驟(3)及(4)模塊中拾取的示教點，在獲取示教點的坐標值的基礎(chǔ)上，進一步設(shè)定每個示教點的焊接角度，可以采用圖形操作法和數(shù)值輸入法確定； (6)示教點的示教數(shù)據(jù)生成模塊:根據(jù)上述步驟(4)、(5)模塊中選定的所有示教點的位置坐標值和焊接角度，通過矩陣運算，就可以得到每個示教點相對于機器人坐標系的示教數(shù)據(jù)，包括位置和姿態(tài)，獲取焊接機器人離線示教的示教數(shù)據(jù)。
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種基于模型的焊接機器人離線示教數(shù)據(jù)的獲取方法，包括以下步驟模塊：模型生成模塊，用于在三維軟件中建立機器人坐標系，生成與焊接件相同的三維立體模型；理論示教線的建立模塊，用于在模型上創(chuàng)建焊縫的示教線；拾取示教點位置模塊，在上述模塊的示教線上確定示教點及示教順序；示教點位置坐標生成及角度設(shè)定模塊，提取上述模塊示教點的坐標值，并設(shè)定每個示教點的焊接角度；示教點的示教數(shù)據(jù)生成模塊，根據(jù)上述示教點的坐標值和焊接角度生成所有示教點的示教數(shù)據(jù)，并按照示教點的示教順序傳送到機器人。本發(fā)明提供了一種對于不熟悉焊接工藝和示教操作人員能快速并準確地獲取焊接機器人離線示教數(shù)據(jù)的一種方法。
【IPC分類】G05B19-18
【公開號】CN104750023
【申請?zhí)枴緾N201510075914
【發(fā)明人】霍平, 李晨輝, 霍柯言
【申請人】河北聯(lián)合大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年2月13日