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在焊接领域,激光焊接工艺对产品的定位精度有着较高要求。在焊接加工时,一般是通过产品外部边缘进行定位的,而产品在成形过程中需经过冲压、折弯等多道工序,不可避免地会产生累积误差。因此,对产品进行激光焊接的时候,就需要对焊接路径x轴、y轴方向以及z轴的旋转角度进行纠偏。
对此,2014年9月之前的焊接机器人一般会设有寻边机构,通过寻边机构与产品边缘的多次接触而获取位置坐标,再通过预设程序计算出偏差值,继而自动调整焊缝位置。然而,2014年9月之前技术方案通常仅能计算获得x轴、y轴单一方向的偏差,而不能获得z轴旋转角度的偏差。
《基于平面的机器人三维寻位纠偏方法》提出采用一种基于平面的机器人三维寻位纠偏方法及就应用该纠偏方法的焊接机器人,目的在于提供新颖的寻边和计算方法以应对产品加工中所造成的偏差,正确纠正机器人焊接路径在平面位置和旋转角度的偏移,提高产品的焊接质量与合格率。
《基于平面的机器人三维寻位纠偏方法》是通过如下技术方案实现的:
一种基于平面的机器人三维寻位纠偏方法,包括如下步骤:
1)在工件上定义工件坐标系,并定义基于所述工件坐标系的用户坐标系;
2)沿所述工件坐标系XY平面的X轴方向,间隔相同距离获取两个坐标点值(X1,Y1)和(X2,Y2);沿所述工件坐标系XY平面的Y轴方向,间隔相同距离获取两个坐标点值(X3,Y3)和(X4,Y4);
3)利用上述坐标点值中的两个,根据反正切三角函数ATan计算出基于工件坐标系的偏移角度A;
4)利用上述坐标点值,根据直线方程求解基于工件坐标系的X轴偏移量△X与Y轴偏移量△Y;
直线K1的方程是,K1=(Y1-Y2)/(X1-X2);
直线K2的方程是,K2=(Y3-Y4)/(X3-X4);
X轴偏移量,△X=(K1*X1-K2*X3 Y3-Y1)/(K1-K2);
Y轴偏移量,△Y=Y1 (△X-X1)*K1;
5)将上述偏移角度A转换成可供机器识别的姿态四元数,再将该姿态四元数、X轴偏移量△X和Y轴偏移量△Y赋值至所述用户坐标,以实现机器人的姿态调整。
进一步的,所述偏移角度A的计算为:
A=-(arctan((X4-X3)/(Y4-Y3)))或
A=arctan((Y1-Y2)/(X1-X2))。
进一步的,所述姿态四元数的转换通过机器人编译工具中的OrientZYX函数实现。
《基于平面的机器人三维寻位纠偏方法》还对应提出一种基于上述基于平面的机器人三维寻位纠偏方法的焊接机器人,其包括一具有寻边探头的机械臂,所述寻边探头包括弹簧、探针以及与焊枪连接的固定支架;所述探针通过导线与机器人的I/O模块连接,该导线上串联有继电器。
图1为三维寻边纠偏方法的流程图。
图2为焊接实例中坐标建立示意图。
图3为坐标系偏角A示意图。
图4为焊接机器人及焊接实例示意图。
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国产机器人焊接工作站 大工件焊接专机龙门式焊接机器人
能不能视频
前景非常广阔对于一些人难以到达的地方,比如有些管道内部,环境比较复杂的地方,或者空气不适合人到达的地方,而需要焊接,就必须利用机器人。目前机器人的应用较低的原因是,很多地方还机器人完成不了,不论是质量...
《基于平面的机器人三维寻位纠偏方法》涉及机器人技术,具体是涉及一种基于平面的机器人三维寻位纠偏方法,以及应用该纠偏方法的焊接机器人。
1.一种基于平面的机器人三维寻位纠偏方法,其特征在于包括如下步骤:
1)在工件上定义工件坐标系,并定义基于所述工件坐标系的用户坐标系;
2)沿所述工件坐标系XY平面的X轴方向,间隔相同距离获取两个坐标点值(X1,Y1)和(X2,Y2);沿所述工件坐标系XY平面的Y轴方向,间隔相同距离获取两个坐标点值(X3,Y3)和(X4,Y4);
3)利用上述坐标点值中的两个,根据反正切三角函数ATan计算出基于工件坐标系的偏移角度A;
4)利用上述坐标点值,根据直线方程求解基于工件坐标系的X轴偏移量△X与Y轴偏移量△Y;
直线K1的方程是,K1=(Y1-Y2)/(X1-X2);
直线K2的方程是,K2=(Y3-Y4)/(X3-X4);
X轴偏移量,△X=(K1*X1-K2*X3 Y3-Y1)/(K1-K2);
Y轴偏移量,△Y=Y1 (△X-X1)*K1;
5)将上述偏移角度A转换成可供机器识别的姿态四元数,再将该姿态四元数、X轴偏移量△X和Y轴偏移量△Y赋值至所述用户坐标,以实现机器人的姿态调整。
2.根据权利要求1所述的基于平面的机器人三维寻位纠偏方法,其特征在于:所述偏移角度A的计算为A=-(arctan((X4-X3)/(Y4-Y3)))或A=arctan((Y1-Y2)/(X1-X2))。
3.根据权利要求1所述的基于平面的机器人三维寻位纠偏方法,其特征在于:所述姿态四元数的转换通过机器人编译工具中的OrientZYX函数实现。
4.一种基于权利要求1-3任意一项所述的基于平面的机器人三维寻位纠偏方法的焊接机器人,其特征在于:包括一具有寻边探头的机械臂,所述寻边探头包括弹簧、探针以及与焊枪连接的固定支架;所述探针通过导线与机器人的I/O模块连接,该导线上串联有继电器。
如下结合附图,对《基于平面的机器人三维寻位纠偏方法》作进一步描述:
如图1-4所示,一种基于平面的机器人三维寻位纠偏方法,包括如下步骤:
S01:在工件上定义工件坐标系wobjA,并定义基于所述工件坐标系wobjA的用户坐标系wobjB;
S02:沿所述工件坐标系wobjA的XY平面的X轴方向,间隔相同距离获取两个坐标点值P1(X1,Y1)和P2(X2,Y2);
S03:沿所述工件坐标系wobjA的XY平面的Y轴方向,间隔相同距离获取两个坐标点值P3(X3,Y3)和P4(X4,Y4);
S04:利用上述坐标点值中的两个,根据反正切三角函数ATan计算出基于工件坐标系wobjA的偏移角度A;该实施例中取坐标点值P3(X3,Y3)和P4(X4,Y4)进行计算,A=-(arctan((X4-X3)/(Y4-Y3)));
S05:利用上述坐标点值P1(X1,Y1)、P2(X2,Y2)、P3(X3,Y3)和P4(X4,Y4),根据直线方程求解基于工件坐标系的X轴偏移量△X与Y轴偏移量△Y;
直线K1的方程是,K1=(Y1-Y2)/(X1-X2);
直线K2的方程是,K2=(Y3-Y4)/(X3-X4);
X轴偏移量,△X=(K1*X1-K2*X3 Y3-Y1)/(K1-K2);
Y轴偏移量,△Y=Y1 (△X-X1)*K1;
S06:将上述偏移角度A转换成可供机器识别的姿态四元数;
S07:将该姿态四元数、X轴偏移量△X和Y轴偏移量△Y赋值至所述用户坐标wobjB,以实现机器人的姿态调整。
在该实施例中,上述取点、计算、姿态四元数转换由机器人编译工具实现,具体代码如下:
一、坐标点值获取:
MoveLpA1,v1000,fine,Tooldata_2\WObj:=wobjA;
注:MoveL机器人直线运动指令,直线运动到pA1点,v1000是速度,find是准确到达该点,tooldata_2\WObj:=wobjA是工具坐标\工件坐标;
SearchL\Stop,Di1Find,target_base{1},pA2,v5,Tooldata_2\WObj:=wobjA;
注:SearchL\Stop机器人直线寻边指令,从上一个点以v5的速度运行到pA2,当信号DiFind=1时停止,并将当前位置坐标(x,y,z)储存在target_base{1},tooldata_2\WObj:=wobjA是工具坐标\工件坐标;
MoveLpC1,v1000,fine,Tooldata_2\WObj:=wobjA;
SearchL\Stop,Di1Find,target_base{3},pC2,v5,Tooldata_2\WObj:=wobjA;
MoveLpD1,v1000,fine,Tooldata_2\WObj:=wobjA;
SearchL\Stop,DI10_3,target_base{4},pD2,v5,Tooldata_2\WObj:=wobjA;
注:利用上述指令获取的4个点(target_base{1}、target_base{2}、target_base{3}、target_base{4})
Y{1}:=target_base{1}.trans.y-wobjA,uframe.tran.y;
X{1}:=target_base{1}.trans.x-wobjA,uframe.tran.x;
Y{2}:=target_base{2}.trans.y-wobjA,uframe.tran.y;
X{2}:=target_base{2}.trans.x-wobjA,uframe.tran.x;
Y{3}:=target_base{3}.trans.y-wobjA,uframe.tran.y;
X{3}:=target_base{3}.trans.x-wobjA,uframe.tran.x;
Y{4}:=target_base{4}.trans.y-wobjA,uframe.tran.y;
X{4}:=target_base{4}.trans.x-wobjA,uframe.tran.x;
注:分别将4个点的X、Y值赋值到变量里用于计算。
二、偏角计算:
angle:=-(ATan((X{4}-X{3})/(Y{4}-Y{3})));
注:使用机器人函数Atan,用其中P3和P4的数据求出相对wobjA的角度储存在变量angle中;
三、X轴偏移量△X与Y轴偏移量△Y计算:
K1:=(Y{1}-Y{2})/(X{1}-X{2});
K2:=(Y{3}-Y{4})/(X{3}-X{4});
X{5}:=(K1*X{1}-K2*X{3} Y{3}-Y{1})/(K1-K2);
Y{5}:=Y{1} (X{5}-X{1})*K1;
四、姿态四元数转换:
wobjB:=wobjA;
wobjB.oframe.rot:=OrientZYX(angle,0,0);
wobjB.oframe.trans.x:=X{5};
wobjB.oframe.trans.y:=Y{5};
注:将wobjA复制到wobjB;将求出的角度变量angle通过机器人编译工具中的OrientZYX函数转换为姿态四元数后赋值到wobjB的姿态值上;将求出的变量X{5}、Y{5},赋值到wobjB上;
一种基于上述基于平面的机器人三维寻位纠偏方法的焊接机器人,其包括一具有寻边探头11的机械臂1,所述寻边探头11包括弹簧、探针111以及与焊枪连接的固定支架13;所述探针通过导线与机器人的I/O模块连接,该导线上串联有继电器。所述焊接机器人由数控程序控制,并以上述纠偏方案减少误差。
以焊接厨房用水槽为例,具体操作是将水槽的槽体2与桌子3焊接。
首先,在产品上建立工件坐标系wobjA,通过使用寻边探头11在相对于建立在产品上坐标系wobjA的x轴、y轴方向分别隔固定距离获得两个位置,并记录所获物4个位置值P1(X1,Y1)、P2(X2,Y2)、P3(X3,Y3)和P4(X4,Y4)。然后由上述程序利用4点坐标数据计算得到一组偏差数(△X、△Y和偏角A),再赋值至用户坐标系以纠正焊接路径。
2018年12月20日,《基于平面的机器人三维寻位纠偏方法》获得第二十届中国专利优秀奖。 2100433B
焊接机器人研究及应用现状
1 焊接机器人的发展历程 自从世界上第一台工业机器人 UNIM ATE 于 1959 年在美国诞 生以来,机器人的应用和技术发展经历了三个阶段: 第一代是示教再现型机器人。 这类机器人操作简单, 不具备外界信息的反馈 能力,难以适应工作环境的变化,在现代化工业生产中的应用受到很大限制。 第二代是具有感知能力的机器人。这类机器人对外界环境有一定的感知能 力,具备如听觉、视觉、触觉等功能,工作时借助传感器获得的信息,灵活调整 工作状态,保证在适应环境的情况下完成工作。 第三代是智能型机器人。 这类机器人不但具有感觉能力, 而且具有独立判断、 行动、记忆、推理和决策的能力,能适应外部对象、环境协调地工作,能完成更 加复杂的动作,还具备故障自我诊断及修复能力。 焊接机器人就是在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机器人。 早期 的焊接机器人缺乏“柔性”,焊接路径和焊接参数须根据实际作业条件预先设
焊接机器人的外文文献
Industrial Robot: An International Journal The Pransky interview: Dr Steve Cousins, CEO, Savioke, Entrepreneur and Innovator Joanne Pransky Article information: To cite this document: Joanne Pransky , (2016),"The Pransky interview: Dr Steve Cousins, CEO, Savioke, Entrepreneur and Innovator", Industrial Robot: An International Journal, Vol. 43 Iss 1 pp. 1 - 5 Permanent link to this document: http:/
《焊接机器人编程及应用(职业教育改革与创新规划教材)》由兰虎主编,在介绍工业机器人的基本概念、结构组成、分类及应用等基本理论的基础上,以Panasonic机器人为对象,介绍了焊接机器人的操作及编程方法,包括手动示教、离线编程等。 《焊接机器人编程及应用(职业教育改革与创新规划教材)》以焊接机器人的操作和编程为主线,采用基于工作过程的项目式教学,每个项目包含1~2个工作任务,将焊接机器人的操作实践和编程应用同焊接机器人的基本原理、结构等理论内容有机结合,使读者通过实际任务训练掌握焊接机器人的基本知识和操作技能。为了方便教学,本书配备了内容丰富的多媒体课件、思考与练习答案,选择本书作为教材的教师或企业可联系QQ。 本书配有易于实施的实践练习,既可作为高等职业教育及各类成人教育焊接专业的教材或企业培训用书,又可作为高等院校机电及相关专业各类学生的实践选修课教材,同时可供从事焊接机器人操作及应用的相关技术人员参考。
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1 迫降纠偏技术
迫降纠偏技术包括:堆载纠偏法、掏土纠偏法、降水纠偏法、浸水纠偏法、部分托换调整纠偏法、桩基切断纠偏法等方法。其基本原理是:采用人工或机械的方法迫使沉降小的一侧下沉,消除或减少两侧的沉降差。该方法具有如下特点:
(1)应用广泛,适合建筑物的局部或整体纠偏,但纠偏后建筑物的高度会有所降低;
(2)应该根据不同的地基情况选择不同的迫降技术;
(3)进行整体纠偏时应控制建筑物整体的下沉速度,避免因沉降过快导致的建筑结构的破坏;
(4)在建筑物沉降未完成的情况下不可以使用。
2 顶升纠偏技术
顶升纠偏技术包括:整体顶升纠偏法、压桩反力顶升纠偏法、高压注浆顶升纠偏法等方法。其基本原理是:在沉降大的一侧采用机具顶升基础或墙体或者用高压注入具有挤密作用或膨胀作用的浆液,使其基础或构筑物复位。该方法的特点有:
(1)顶升纠偏法一般用于建筑物的局部纠偏;
(2)整体纠偏选择该方法时应逐层顶升;
(3)地基稳定需要的时间较长;
(4)高压注浆顶升纠偏法抬升的幅度比较小而且对土的扰动比较大,一般情况下使用的比较少。
3 阻沉纠偏技术
顶升纠偏技术包括:部分托换调整纠偏法、卸载纠偏法等方法。其基本原理实:采用地基基础加固或托换方法使建筑物沉降较大的一侧停止或减小沉降而让沉降小的一侧继续沉降。它的特点包括:
(1)部分托换调整纠偏法一般用于既有建筑物倾斜程度不大或沉降未完成的情况;
(2)卸载纠偏法只是作为辅助方法使用。
4 调整上部结构纠偏技术
基本原理是通过改变结构形式或地基附加应力分布使原来的沉降反向发展。该法具有如下特点:
(1)建筑物连接件的刚度要求较高;
(2)应用时应考虑建筑物结构的可能性;
(3)建筑物变形未稳定时需结合其他纠偏方法 。
非标焊接机器人的设计不像标准机器人那么简单,要根据焊接工件的焊接要求和使用环境来独立设计。非标焊接机器人的设计没有具体的参考模型和设计标准。