[发明专利]用于铁塔脚的船形焊接实现方法、计算机设备、存储介质

权利要求书

1.一种用于铁塔脚的船形焊接实现方法，其特征在于，包括：

获取塔脚参数，所述塔脚参数至少包括第一侧板倾角D和第二侧板倾角E；

建立塔脚基准坐标系并通过塔脚基准坐标系平移得到塔脚参考坐标系；

将铁塔脚的12条焊缝按照所在的塔脚参考坐标系的象限及其平行的轴向进行焊缝的定义；

分别计算焊接各象限的各焊缝时焊接机器人的变位机的角度变化；

所述塔脚基准坐标系的具体建立规则为：

以铁塔脚的底板中心点为原点O即塔脚基准坐标系基准原点建立塔脚基准坐标系，其中，塔脚基准坐标系满足的要求为，X、Y轴的方向分别与铁塔脚的两个侧板平行，其中，第一侧板与X轴平行，第二侧板与Y轴平行，Z轴的正方向垂直底板向上，且两个侧板的交叉中心点O’在塔脚基准坐标系中的x坐标及y坐标均位于塔脚基准坐标系的X、Y轴的正方向；

所述塔脚参考坐标系是将整个塔脚基准坐标系的原点O移动至两个侧板的交叉中心点O’后得到的坐标系。

2.根据权利要求1所述的一种用于铁塔脚的船形焊接实现方法，其特征在于，铁塔脚的12条焊缝的定义规则如下：

塔脚参考坐标系的X轴正方向、Y轴正方向构成的面定义为第一象限，X轴负方向，Y轴正方向构成的面定义为第二象限，X轴负方向,Y轴负方向构成的面定义为第三象限，X轴正方向,Y轴负方向构成的面定义为第四象限，则在每个象限中，两个侧板与底板的交线各构成1条焊缝则共有2条焊缝，两个侧板的交线构成1条焊缝，则在塔脚参考坐标系的1个象限中即包含3条焊缝，且其中第一侧板与底板构成的焊缝与X轴平行，第二侧板与底板构成的焊缝与Y轴平行，第一侧板与第二侧板构成的焊缝与Z轴平行；

第一象限的3条焊缝分别表示为焊缝1-X、焊缝1-Y、焊缝1-Z，焊缝1-X表示在第一象限中第一侧板与底板构成的焊缝，焊缝1-Y表示在第一象限中第二侧板与底板构成的焊缝，焊缝1-Z表示在第一象限中第一侧板与第二侧板构成的焊缝，同理，第二象限的3条焊缝分别表示为2-X、2-Y、2-Z，第三象限的3条焊缝分别表示为3-X、3-Y、3-Z，第四象限的3条焊缝分别表示为4-X、4-Y、4-Z。

3.根据权利要求2所述的一种用于铁塔脚的船形焊接实现方法，其特征在于，

分别计算焊接各象限的各焊缝时焊接机器人的变位机的角度变化具体如下：

分别定义两个夹角分别为β₁、β₂，若底板所在平面为面0，第一侧板及第二侧板中一个侧板为面1，另一侧板为面2，则β₁、β₂满足以下条件：

将面0绕着塔脚基准坐标系的X轴旋转β₁角度后即可与面2重合，将面0绕着塔脚基准坐标系的Y轴旋转β₂角度后即可与面1重合；

各焊缝的β₁、β₂对应的夹角如下：

焊缝4-Z：β₁＝-(90-D),β₂＝90-E；

焊缝1-Z：β₁＝90-D,β₂＝90-E；

焊缝2-Z：β₁＝90-D,β₂＝-(90-E)；

焊缝3-Z：β₁＝-(90-D),β₂＝-(90-E)

焊缝1-Y及焊缝4-Y：β₁＝90,β₂＝90-E

焊缝1-X及焊缝2-X：β₁＝90-D,β₂＝90；

焊缝2-Y及焊缝3-Y：β₁＝90,β₂＝-(90-E)；

焊缝3-X及焊缝4-X：β₁＝-(90-D),β₂＝90；

面0在塔脚基准坐标系下的法线为：

面1在塔脚基准坐标系下的法线为：

面2在塔脚基准坐标系下的法线为：

则面1和面2的交线在塔脚基准坐标系下的方向与相同：

若定义：

则当J7轴和J8轴角度为0时，塔脚基准坐标系即user坐标系与机器人直角坐标系即base坐标系的方向重合；此处，定义J7轴和J8轴具体为实现变位机的角度变化的两个轴；

J7轴和J8轴旋转轴线正方向在base坐标系的方向若分别记为^bV_J7和^bV_J8，则以^bV_J8作为协同坐标系rotater的Z轴，以^bV_J7×^bV_J8作为协同坐标系rotater的X轴，以^bV_J8×(^bV_J7×^bV_J8)作为协同坐标系rotater的Y轴进行机器人示教建立协同坐标系rotater，并得到初始时刻协同坐标系rotater在base坐标系下的方向如下：

记的第三行为：

则J7轴和J8轴角度为0时，user坐标系在协同坐标系rotater下的方向如下：

由于J7轴和J8轴为任意角度时仍然有：

和J7轴和J8轴角度为0时一致；

因此，对于J7轴和J8轴为任意角度时，可得到^rV_1×2和^rV₁₂：

若J7轴和J8轴旋转角度为θ₇和θ₈，则旋转以后的协同坐标系相对于初始J7轴和J8轴旋转角度为0时的旋转矩阵为：

将^rV_1×2和^rV₁₂转换到base坐标系下得到^bV_1×2和^bV₁₂，根据交线^bV_1×2平行于水平面，以及面1和面2与水平面夹角相同可知^bV_1×2和^bV₁₂的Z分量均为0：

即：

上式即表示与^rV₁₂垂直，并且与^rV_1×2垂直，由于^rV₁₂和^rV_1×2不平行，则必会平行于^rV₁₂×^rV_1×2，定义：

又由于V_12×(1×2)为单位矢量，为单位矢量，则：

根据公式(7)、公式(11)可知和V_12×(1×2)，将公式(13)带入公式(14)展开有：

解得：

第1组解：

第2组解：

其中，θ₇为J7轴角度，θ₈为J8轴角度。