[发明专利]一种焊枪五次样条摆动焊轨迹规划方法、控制器及系统

说明书

本发明公开了一种焊枪五次样条摆动焊轨迹规划方法、控制器及系统。其中该方法包括扫描焊缝，进而确定焊枪的摆动参数；所述摆动参数包括摆动幅度、摆动周期、左边界停留时间、右边界停留时间和中心摆速比；选定五次样条摆动焊波形曲线的基函数，基于五次样条摆动焊波形曲线的基函数和中心摆速比，求得电极在摆动中心的速度，即中心摆动速度；根据五次样条摆动焊波形曲线的特性，构建出五次样条摆动焊波形曲线模型，再结合摆动参数及中心摆动速度，求得电极在任意时刻的横向摆动位移；将电极在任意时刻的横向摆动位移叠加到电极轨迹中，最终得到焊枪五次样条摆动焊的轨迹。本发明大大减小了执行机构的振动和机械磨损，提高了摆动性能和生产效率。

技术领域

本发明属于焊枪焊接轨迹规划领域，尤其涉及一种焊枪五次样条摆动焊轨迹规划方法、控制器及系统。

背景技术

在生产应用中，为了保证厚钢板、大焊缝焊接的可靠性，往往会采取摆动焊的方式来提高。摆动焊是指电极在沿焊缝轴线方向运动的同时做有规律的横向摆动，摆动焊不仅可以增加焊道宽度一提高焊接的生产效率，而且可以避免侧壁熔融不足进而提高焊接质量。在填充量不大的相贯线焊接中，摆动焊比多层多道焊能实现更高的焊接效率、更好的焊接质量和更美观的焊缝外观，因此它是相贯线自动焊接过程中不可缺少的工艺。

将摆动电极的轨迹沿直线在平面铺开，可以得到电极的摆动波形，称为摆动焊的波形。摆动焊的波形一般以三角波或正弦波为基波，并在此基础上增加摆动中心及左右边界停留。

相贯线摆动焊的实现有三种方案。第一种方案是在焊枪与机械臂之间附加摆动器。这种方案的控制过程最为简单，但是体积笨重的摆动器会增加机械臂的负担，而且可能会造成干涉。第二种方案是在轨迹规划阶段将电极的摆动整合到轨迹中。第三种方案并不在预执行的轨迹中包含摆动运动，而是在轨迹控制时实时加入摆动动作。

目前弧焊机器人多配有摆动焊功能，它需要在轨迹编程阶段(多为示教)设置各段路径的摆动平面或摆动方向。对于摆动平面固定的直焊缝和圆弧焊缝，可以通过设置各段路径摆动参数实现摆动焊；而对于摆动平面持续变化的相贯线焊缝，将难以使用弧焊机器人自有的摆动焊功能。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种焊枪五次样条摆动焊轨迹规划方法，其能够减小执行机构的振动和机械磨损，提高摆动性能和生产效率。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种焊枪五次样条摆动焊轨迹规划方法，包括：

步骤1：扫描焊缝，进而确定焊枪的摆动参数；所述摆动参数包括摆动幅度、摆动周期、左边界停留时间、右边界停留时间和中心摆速比；

步骤2：选定五次样条摆动焊波形曲线的基函数，基于五次样条摆动焊波形曲线的基函数和中心摆速比，求得电极在摆动中心的速度，即中心摆动速度；

步骤3：根据五次样条摆动焊波形曲线的特性，构建出五次样条摆动焊波形曲线模型，再结合摆动参数及中心摆动速度，求得电极在任意时刻的横向摆动位移；其中，五次样条摆动焊波形曲线的特性包括：

a)五次样条摆动焊波形曲线二阶连续可微；

b)摆动周期、摆动幅度、左右边界停留时间和中心摆动速度均可调；

步骤4：将电极在任意时刻的横向摆动位移叠加到电极轨迹中，最终得到焊枪五次样条摆动焊的轨迹。

进一步的，所述步骤2中，所述五次样条摆动焊波形曲线的基函数为正弦函数或余弦函数。

其中，正余弦函数是最典型的周期性高阶连续可微函数。现有一种基于正弦波的带有左右边界停留的摆动焊波形，此类摆动焊波形分段函数简单，摆动周期及左右边界停留时间可调，电极运动速度连续，适用于弧焊机器人等自身产生摆动的执行机构。其单周期内的波形函数为：