CN113942017A - 罐体焊接点位姿规划方法、焊接工作站、设备及介质 - Google Patents

罐体焊接点位姿规划方法、焊接工作站、设备及介质 Download PDF

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CN113942017A CN202111435785.1A CN202111435785A CN113942017A CN 113942017 A CN113942017 A CN 113942017A CN 202111435785 A CN202111435785 A CN 202111435785A CN 113942017 A CN113942017 A CN 113942017A
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Abstract

本申请公开了一种罐体焊接点位姿规划方法、焊接工作站、设备及介质，所述方法包括：获取所述罐体的截面曲线并得到焊接轨迹，建立截面数学模型并对所述焊接轨迹进行离散化，以得到焊接点位置坐标；根据所述焊接点位置坐标获取所述焊接点处的焊枪姿态的表达式，对所述焊接点位置的焊枪姿态进行规划；建立变位机转角的数学模型，以获取对任一焊接点位置处焊接时所述罐体所需转动的角度；获取基于机器人语言的焊接点定义与焊接运动指令，进行对所述罐体焊接的运动仿真。本申请与人工示教的方法相比，大大提高了焊接的效率，实现焊接时机器人位姿的精确调整。

Description

罐体焊接点位姿规划方法、焊接工作站、设备及介质
技术领域
本申请涉及焊接技术领域，尤其涉及一种罐体焊接点位姿规划方法、焊接工作站、设备及介质。
背景技术
对于用于液体运输用途的罐车罐体，其横截面多设计为由多段圆弧构成的近椭圆形。近椭圆形截面是由多段圆弧通过相切而形成的呈相切连续的G1型截面。这种异型截面结构可以降低在运输过程中液体对罐车内壁的压力，但极大地增加了罐体焊接的难度。
对于罐体环焊缝的自动化焊接，目前主要以机器人人工示教的方式为主，焊接过程中再通过焊缝跟踪的方式对轨迹进行纠偏。人工示教的不足之处为：(1)人工示教得到的焊缝的质量与工人的技术水平、工作态度等主观因素有关；(2)对于截面轮廓形状有差异但焊接流程相同的罐体焊接任务，人工示教需要做大量的重复性工作，使得工作效率大幅降低。例如，对于近椭圆形截面罐体的焊接，有成百上千个点需要进行人工示教，将花费大量时间和人力成本；(3)人工示教方式很难保证在焊接时机器人位姿的精确调整。上述情况严重影响了罐体的产品质量和生产效率，加大了生产成本。
发明内容
本申请实施例提供了一种罐体焊接点位姿规划方法、设备及介质，解决现有技术中人工示教工作效率低以及焊接质量不能保证的问题，所述技术方案如下：
根据一实施例提供的罐体焊接点位姿规划方法，所述方法包括：获取所述罐体的截面曲线并得到焊接轨迹，建立截面数学模型并对所述焊接轨迹进行离散化，以得到焊接点位置坐标；根据所述焊接点位置坐标获取所述焊接点处的焊枪姿态的表达式，对所述焊接点位置的焊枪姿态进行规划；建立变位机转角的数学模型，以获取对任一焊接点位置处焊接时所述罐体所需转动的角度；获取基于机器人语言的焊接点定义与焊接运动指令，进行对所述罐体焊接的运动仿真。
例如，在一个实施例提供的罐体焊接点位姿规划方法中，所述罐体的截面为异形截面，所述异形截面包括近圆形、近四边形、近椭圆形。
例如，在一个实施例提供的罐体焊接点位姿规划方法中，所述罐体的截面为近椭圆形，建立近椭圆形截面数学模型并对所述近椭圆形焊接轨迹进行离散化的步骤包括：将所述近椭圆形截面数学模型离散为等弧长的若干点，在建立相应的工件坐标系后得到焊接点的位置坐标：
Figure BDA0003381523630000021
其中，xi、yi为圆弧上任意点的坐标，x0、y0为圆心的坐标，R为圆弧的半径，θi表示圆弧段上离散点与所述圆弧段圆心的连线与水平方向的夹角，所述θi的计算公式为：θi+1＝θi-dθ。
例如，在一个实施例提供的罐体焊接点位姿规划方法中，所述近椭圆形截面数学模型包括多段圆弧，不同段圆弧采用等圆弧分割的方法，第i段圆弧以第一段圆弧的分割数为基础进行等弧长分割，得到第i段圆弧的分割段数为：
Figure BDA0003381523630000022
其中，θ1、θ2为第一段圆弧的起、止角度，θi、θi+1为第i段圆弧的起、止角度；N1为第一段圆弧需要分割的份数，Ni为第i段圆弧需要分割的份数，Ni的结果取整数。
例如，在一个实施例提供的罐体焊接点位姿规划方法中，所述获取所述焊接点处的焊枪姿态的表达式为旋转矩阵表达式，所述旋转矩阵表达式为：
Figure BDA0003381523630000023
或
Figure BDA0003381523630000024
其中，Δ为焊枪的行走角，λ为焊枪的工作角，θ表示圆弧段上离散点与所述圆弧段圆心的连线与水平方向的夹角。
例如，在一个实施例提供的罐体焊接点位姿规划方法中，获取所述焊接点处的焊枪姿态的旋转矩阵表达式后，将所述旋转矩阵表达式转化为四元数，以用于基于机器人的编程语言的焊接点定义中。
例如，在一个实施例提供的罐体焊接点位姿规划方法中，所述建立变位机转角的数学模型，以获取对任一焊接点位置处焊接时所述罐体所需转动的角度，所述罐体所需转动的角度为变位机转角，所述变位机转角的计算公式为：
Figure BDA0003381523630000031
其中，φ为变位机转角。
例如，在一个实施例提供的罐体焊接点位姿规划方法中，所述变位机转角φ的取值范围为：(-π，π]。
例如，在一个实施例提供的罐体焊接点位姿规划方法中，根据所述焊接点处的焊枪姿态的表达式以及任一焊接点位置处焊接时所述罐体所需转动的角度，自动生成基于机器人语言的焊接点定义与焊接运动指令，并将所述焊接点定义与焊接运动指令应用到焊接工作站中进行对所述罐体焊接的运动仿真。
本申请第二方面提供一种采用上述所述罐体焊接点位姿规划方法的焊接工作站，所述焊接工作站包括机器人、变位装置、罐体、焊缝定位与跟踪***以及熔池形貌在线监测装置，其中，所述变位装置包括变位机、变位器和其他自动变位设备，所述机器人包括多关节机器人和多轴的机械臂，所述焊缝定位与跟踪***通过激光***实现对焊缝的定位和轨迹跟踪；所述熔池形貌在线监测装置由单目或多目CCD相机组成，实现对焊接过程中熔池形貌在线监测与实时反馈。
本申请第三方面提供一种电子设备，所述电子设备包括：一个或多个处理器和配置有程序指令的存储器；所述一个或多个处理器执行所述程序指令使得所述电子设备执行上述所述的罐体焊接点位姿规划方法。
本申请第四方面提供一种存储介质，所述存储介质存储有程序，其中，所述程序在被调用执行时实现上述所述的罐体焊接点位姿规划方法。
本申请一些实施例提供的一种罐体焊接点位姿规划方法、焊接工作站、设备及介质带来的有益效果为：本申请为了能够使得焊接机器人与变位机之间精确匹配完成罐体焊接任务，对焊接时变位机转角进行了规划，最终基于机器人的编程语言，生成焊接点定义和焊接运动指令，实现了对近椭圆形罐体以恒定焊接速度、焊枪与罐体表面恒定距离以及一定焊枪姿态焊接时，机器人在竖直方向做往复直线运动与罐体非匀速转动的精确匹配。本申请与人工示教的方法相比，大大提高了焊接的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例的异形截面罐体焊接点位姿规划方法的流程图；
图2是本申请一实施例提供的由八段圆弧构成的近椭圆形截面示意图；
图3为焊接点位置与焊接点处焊枪姿态规划数学模型示意图；
图4为焊接时变位机转角的数学模型示意图；
图5为本申请一实施例提供的焊接时在焊接点处焊枪姿态示意图；
图6为本申请一实施例提供的焊接时在焊接点处焊枪姿态俯视图；
图7为在焊接工作站中焊接罐体时焊接点处焊枪位姿示意图；
图8为在罐体焊接过程中不同变位机转角时焊枪与罐体之间的运动关系示意图；
图9是本申请的一实施例提供的焊接工作站的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
根据一实施例提供的罐体焊接点位姿规划方法，所述方法的流程图如图1所示，所述方法包括：获取所述罐体的截面曲线并得到焊接轨迹，建立截面数学模型并对所述焊接轨迹进行离散化，以得到焊接点位置坐标；根据所述焊接点位置坐标获取所述焊接点处的焊枪姿态的表达式，对所述焊接点位置的焊枪姿态进行规划；建立变位机转角的数学模型，以获取对任一焊接点位置处焊接时所述罐体所需转动的角度；获取基于机器人语言的焊接点定义与焊接运动指令，进行对所述罐体焊接的运动仿真，为后面进行罐体的焊接试验做好准备。
为了保证在罐体焊接时焊接机器人与变位机之间的运动匹配关系，必须准确获取罐体的截面曲线，得到准确的焊接轨迹，这样建立截面的数学模型就显得尤为重要了。
例如，在一个实施例提供的罐体焊接点位姿规划方法中，所述罐体的截面为异形截面，所述异形截面包括近圆形、近四边形、近椭圆形。下文以近椭圆形截面为例进行阐述：
例如，在一个实施例提供的罐体焊接点位姿规划方法中，所述方法包括：获取所述罐体的近椭圆形截面曲线并得到近椭圆形焊接轨迹，建立近椭圆形截面数学模型并对所述近椭圆形焊接轨迹进行离散化，以得到焊接点位置坐标；根据所述焊接点位置坐标获取所述焊接点处的焊枪姿态的表达式，对所述焊接点位置的焊枪姿态进行规划；建立变位机转角的数学模型，以获取对任一焊接点位置处焊接时所述罐体所需转动的角度；获取基于机器人语言的焊接点定义与焊接运动指令，进行对所述罐体焊接的运动仿真，为后面进行罐体的焊接试验做好准备。
例如，在一个实施例提供的罐体焊接点位姿规划方法中，所建立的近椭圆形截面的数学模型如图2所示。所述近椭圆形截面是指由若干段圆弧构成的且呈相切连续的G1型截面，即圆弧与圆弧之间呈现相切的关系，且左右是对称的。图2中表示的是由八段圆弧构成的近椭圆形截面。
图2中，H1、H2、H3、H4、H5分别为组成右半段的五段圆弧，它们的半径分别为R1、R2、R3、R4、R5，圆心分别为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，θ1、θ2、θ3、θ4分别表示H1、H2、H4、H5段圆弧的圆心角，L1、L2、L3分别表示椭圆形长半轴和上下两个短半轴的长度。
为了得到焊接时焊接点位置，需要对近椭圆形截面进行离散化处理，将其离散成等弧长的若干点，在建立相应的坐标系后可以得到焊接点的位置坐标。对于平面上的一段圆弧，可以通过圆心坐标、半径、圆弧起始角度来确定，由此可以计算出离散点的坐标。
图3为某段圆弧上焊接点的位置和焊接点处焊枪姿态的数学模型。图3中的θi表示圆弧上离散点与该段圆弧圆心的连线与y轴正方向的夹角，以弧度表示，这样就可以得出θi在右半截面的取值范围为：-π/2≤θ≤π/2。
y0、x0为圆心的坐标，R为圆弧的半径，Δ为焊枪的行走角，即在焊缝平面内焊枪轴线与焊缝法平面之间的夹角，x'、z'为该焊接点处焊枪的姿态，x'的方向为焊接点处的切线方向绕垂直于焊接平面的轴转动行走角Δ得到的方向，z'的方向为焊接点处的法线方向绕垂直于焊接平面的轴转动行走角Δ得到的方向，即焊枪轴线的方向，λ为焊枪的工作角，即焊枪轴线在焊缝法平面上的投影与焊接表面法线之间的夹角，图4所示即为焊枪绕x'轴转动的角度。可以得到θi与θi+1之间的关系如公式(1)所示：
θi+1＝θi-dθ (1)
这样就可以得到焊接点离散后的位置坐标如公式(2)所示：
Figure BDA0003381523630000061
对于不同段的圆弧，根据等弧长分割的方法，第i段应该分割的段数如公式(3)所示：
Figure BDA0003381523630000062
其中，θ1、θ2为第一段圆弧的起、止角度，θi、θi+1为第i段圆弧的起、止角度；N1为第一段圆弧需要分割的份数，Ni为为了得到等弧长第i段圆弧需要分割的份数，Ni的结果取整数。
在得到焊接点离散后的位置坐标后，同样可以根据图3得出在焊接点处的焊枪姿态的表达式。图3中，xoy为工件坐标系，x'为工具坐标系的x方向，z'为工具坐标系的z方向，即焊枪在该位置的轴线方向，经过推导可得到，在近椭圆形截面右半段任意处焊枪相对于工件坐标系的姿态用旋转矩阵表达如公式(4)所示：
Figure BDA0003381523630000071
其中，Δ为焊枪的行走角，λ为焊枪的工作角，θ表示圆弧上离散点与该段圆弧圆心的连线与y轴方向的夹角。
在得到右半段的焊枪姿态的表达式后，用同样的方法可以得到左半段的焊枪姿态的表达式如公式(5)所示：
Figure BDA0003381523630000072
在得到焊枪姿态的旋转矩阵表达式后，将其转化为四元数，即可用于基于机器人的编程语言的焊接点定义中去。
图4为焊接时变位机转角的数学模型，假设焊接速度为V m/s，P为焊接点，罐体逆时针转动，t时刻转动了
Figure BDA0003381523630000073
角(以弧度表示)，坐标系x'Oy'是大地坐标系，不随着罐体的转动而变化的，坐标系xOy附着在罐体上，随着罐体的转动而转动，对于变位机转角的描述，在焊接过程中，罐体做变速转动，焊枪只在竖直方向上做简单的往复直线运动。对任意一个焊接点P(x,y)，根据该数学模型可以得到在焊接点P处所需要的变位机转角
Figure BDA0003381523630000074
也就是在焊接该点时罐体所需转动的角度，如公式(6)所示：
Figure BDA0003381523630000075
其中，atan2(x,y)返回的是点P转到焊接位置时的变位机转角，以弧度表示，取值范围为(-π，π]。由于atan2(x,y)最大的取值范围为π，而罐体在焊接过程中需要变位机带动转动一圈(变位机转角为2π)，超出了其取值范围，因此将罐体的左右两部分分别计算变位机转角。对于变位机逆时针转动时，右半段圆弧所需的变位机转角可以用atan2(x,y)表示，而左半段圆弧所需的变位机转角可以表示为atan2(x,y)+2π。最后将变位机转角用角度表示，并考虑罐体逆时针转动时角度为负即可。
图5为焊接时在焊接点处的焊枪姿态示意图，图6为相应焊枪姿态的俯视图。图5和图6中是以图2中所述的八段圆弧构成的近椭圆形截面作为一个实施例加以描述的。
图5和图6表示的是在工件坐标系中绘制出的近椭圆截面离散后焊接点处的焊枪位姿，焊枪的行走角为15°，工作角为0°。图5及图6中第一线条100表示坐标系的x方向，为焊接点处的切线方向绕垂直于焊接平面的轴转动行走角得到的方向，第二线条200表示坐标系的z方向，为焊接点处的法线方向绕垂直于焊接平面的轴转动行走角后，再绕x方向转动工作角得到的方向，第三线条300表示坐标系的y方向，符合右手法则。
根据上文所述的公式(1)～(6)，除了能得到焊接点处焊枪姿态的示意图外，还可以得到基于机器人语言的焊接点定义和焊接运动指令，分别如下表1和表2所示：
表1焊接点定义
Figure BDA0003381523630000081
表2焊接运动指令
Figure BDA0003381523630000082
表1为焊接点的定义，包括焊接点的名称、焊接点的位置坐标、焊接点的姿态、变位机转角信息，以第一个点P1为例，P1为焊接点的名称，[981.5000,0.0000,250.0000]为焊接点在工件坐标系中的x、y、z坐标，[0.5610,-0.5610,-0.4305,0.4305]为用四元数表示的焊枪的姿态，[-0.0000,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]中的第一个数-0.0000表示第一个外部轴转角，这里只有变位机一个外部轴，表示的就是变位机转角，其余没用到的外部轴用9E+09表示。
表2中的MoveL为直线运动指令，P1、P2等为焊接点的名称，vv为定义的速度数据，zone为转角数据，PKI_500为定义的工具坐标系，Workobject_1为定义的工件坐标系。
图7为在焊接工作站中焊接罐体时焊枪位姿图，将表1中得到的焊接点定义应用到机器人的仿真软件中去就可以得到图8中的焊接点处的焊枪姿态的结果图。得到焊接点定义后，通过建立工作站中相应的工件坐标系和工具坐标系以及表2中的焊接运动指令后就可以进行罐体焊接运动的仿真。
图8为将表1和表2中的数据应用到机器人的仿真软件中去得到的罐体的焊接仿真时罐体与焊枪之间的关系的示意图，图8表示变位机转角从0°到360°，每隔45°时焊枪与罐体之间的运动匹配关系。
本申请第二方面提供一种采用上述所述罐体焊接点位姿规划方法的焊接工作站，如图9所示，所述焊接工作站包括机器人3、变位装置、罐体6、焊缝定位与跟踪***以及熔池形貌在线监测装置，其中，所述变位装置包括变位机9、变位器和其他自动变位设备，所述机器人3包括多关节机器人和多轴的机械臂，所述焊缝定位与跟踪***通过激光***2实现对焊缝的定位和轨迹跟踪；所述熔池形貌在线监测装置由CCD相机5组成，实现对焊接过程中熔池形貌在线监测与实时反馈，具体地，所述焊接工作站还包括龙门架1、焊枪4、电子设备7和龙门架导轨8，通过执行电子设备7中的程序，使得变位机9带动罐体6转动，同时安装在机器人3末端的焊枪4随着机器人3运动完成相应的焊接任务，在焊接过程中可通过激光***2对焊接轨迹进行调整达到较佳的焊接效果，同时可通过CCD相机5对熔池的形貌进行监测，同时，通过龙门架1在龙门架导轨8上运动来改变机器人3及焊枪4的位置，实现对罐体6不同位置的焊接任务。
本申请第三方面提供一种电子设备，所述电子设备包括：一个或多个处理器；和配置有程序指令的存储器；所述一个或多个处理器执行所述程序指令使得所述电子设备执行上述所述的罐体焊接点位姿规划方法。
本申请第四方面提供一种存储介质，所述存储介质存储有程序，其中，所述程序在被调用执行时实现上述所述的罐体焊接点位姿规划方法。
本申请的罐体焊接点位姿规划方法、焊接工作站、设备及介质，从建立近椭圆形截面的数学模型出发，通过对近椭圆形截面的离散化得到焊接点的位置，使用旋转矩阵的表示方法得出焊枪在焊接点处的姿态，接着建立变位机的转角模型得出对罐体转角的描述；综合上述的内容可以自动生成基于机器人编程语言的焊接点定义和运动指令，并进行近椭圆形罐体的运动仿真，为近椭圆形罐体的实际焊接任务奠定基础，大幅提高罐体焊接的效率，减轻工人的劳动。
尽管已经出于说明性目的对本申请的实施例进行了公开，但是本领域技术人员将认识的是：在不偏离如所附权利要求公开的本发明的范围和精神的情况下，能够进行各种修改、添加和替换。

Claims (12)

1.一种罐体焊接点位姿规划方法，其特征在于，所述方法包括：
获取所述罐体的截面曲线并得到焊接轨迹，建立截面数学模型并对所述焊接轨迹进行离散化，以得到焊接点位置坐标；
根据所述焊接点位置坐标获取所述焊接点处的焊枪姿态的表达式，对所述焊接点位置的焊枪姿态进行规划；
建立变位机转角的数学模型，以获取对任一焊接点位置处焊接时所述罐体所需转动的角度；
获取基于机器人语言的焊接点定义与焊接运动指令，进行对所述罐体焊接的运动仿真。
2.根据权利要求1所述罐体焊接点位姿规划方法，其特征在于，所述罐体的截面为异形截面，所述异形截面包括近圆形、近四边形、近椭圆形。
3.根据权利要求1所述罐体焊接点位姿规划方法，其特征在于，所述罐体的截面为近椭圆形，建立近椭圆形截面数学模型并对所述近椭圆形焊接轨迹进行离散化的步骤包括：
将所述近椭圆形截面数学模型离散为等弧长的若干点，在建立相应的工件坐标系后得到焊接点的位置坐标：
Figure FDA0003381523620000011
其中，xi、yi为圆弧上任意点的坐标，x0、y0为圆心的坐标，R为圆弧的半径，θi表示圆弧段上离散点与所述圆弧段圆心的连线与水平方向的夹角，所述θi的计算公式为：θi+1＝θi-dθ。
4.根据权利要求3所述罐体焊接点位姿规划方法，其特征在于，所述近椭圆形截面数学模型包括多段圆弧，不同段圆弧采用等圆弧分割的方法，第i段圆弧以第一段圆弧的分割数为基础进行等弧长分割，得到第i段圆弧的分割段数为：
Figure FDA0003381523620000021
其中，θ1、θ2为第一段圆弧的起、止角度，θi、θi+1为第i段圆弧的起、止角度；N1为第一段圆弧需要分割的份数，Ni为第i段圆弧需要分割的份数，Ni的结果取整数。
5.根据权利要求3所述罐体焊接点位姿规划方法，其特征在于，所述获取所述焊接点处的焊枪姿态的表达式为旋转矩阵表达式，所述旋转矩阵表达式为：
Figure FDA0003381523620000022
或
Figure FDA0003381523620000023
其中，Δ为焊枪的行走角，λ为焊枪的工作角，θ表示圆弧段上离散点与所述圆弧段圆心的连线与水平方向的夹角。
6.根据权利要求5所述罐体焊接点位姿规划方法，其特征在于，获取所述焊接点处的焊枪姿态的旋转矩阵表达式后，将所述旋转矩阵表达式转化为四元数，以用于基于机器人的编程语言的焊接点定义中。
7.根据权利要求3所述罐体焊接点位姿规划方法，其特征在于，所述建立变位机转角的数学模型，以获取对任一焊接点位置处焊接时所述罐体所需转动的角度，所述罐体所需转动的角度为变位机转角，所述变位机转角的计算公式为：
Figure FDA0003381523620000024
其中，φ为变位机转角。
8.根据权利要求7所述罐体焊接点位姿规划方法，其特征在于，所述变位机转角φ的取值范围为：(-π，π]。
9.根据权利要求1所述罐体焊接点位姿规划方法，其特征在于，根据所述焊接点处的焊枪姿态的表达式以及任一焊接点位置处焊接时所述罐体所需转动的角度，自动生成基于机器人语言的焊接点定义与焊接运动指令，并将所述焊接点定义与焊接运动指令应用到焊接工作站中进行对所述罐体焊接的运动仿真。
10.一种采用权利要求1-9任一项所述罐体焊接点位姿规划方法的焊接工作站，其特征在于，所述焊接工作站包括机器人、变位装置、罐体、焊缝定位与跟踪***以及熔池形貌在线监测装置，其中，所述变位装置包括变位机、变位器和其他自动变位设备，所述机器人包括多关节机器人和多轴的机械臂，所述焊缝定位与跟踪***通过激光***实现对焊缝的定位和轨迹跟踪；所述熔池形貌在线监测装置由单目或多目CCD相机组成，实现对焊接过程中熔池形貌在线监测与实时反馈。
11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；和配置有程序指令的存储器；
所述一个或多个处理器执行所述程序指令使得所述电子设备执行权利要求1-9中任一项所述的罐体焊接点位姿规划方法。
12.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有程序，其中，所述程序在被调用执行时实现权利要求1-9中任一所述的罐体焊接点位姿规划方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114455531A (zh) * 2022-02-10 2022-05-10 西安索睿科技有限公司 一种流体罐车装车用自动对接装置及方法
CN115106666A (zh) * 2022-06-28 2022-09-27 广东利元亨智能装备股份有限公司 一种电芯焊接轨迹定位方法、装置、***、设备和介质
CN115319323A (zh) * 2022-07-27 2022-11-11 熵智科技(深圳)有限公司 管板焊焊接方法、***、焊接机器人及存储介质
CN115870678A (zh) * 2023-03-02 2023-03-31 成都熊谷加世电器有限公司 内焊机的姿态调节***、方法、内焊机及存储介质
CN115890053A (zh) * 2023-03-02 2023-04-04 成都熊谷加世电器有限公司 内焊机对口方法、装置、内焊机及存储介质

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101269435A (zh) * 2007-03-23 2008-09-24 珠海市维捷机器人***工程发展有限公司 非正圆罐体三维自动焊接设备
CN105057964A (zh) * 2015-08-28 2015-11-18 明威专用汽车有限公司 用于焊接非正圆罐体的控制***及控制方法
CN109226937A (zh) * 2018-11-14 2019-01-18 南京工程学院 一种工业机器人空间相贯曲线焊接离线编程方法
JP2019198884A (ja) * 2018-05-18 2019-11-21 株式会社デンソー はんだ付け装置、及び、はんだ付け方法
CN111745267A (zh) * 2020-08-14 2020-10-09 湘潭大学 一种基于激光位移传感器的坡口焊缝实时跟踪***及方法
CN112518072A (zh) * 2020-11-23 2021-03-19 南京工程学院 一种基于线结构光视觉的空间相贯曲线焊缝结构建模方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101269435A (zh) * 2007-03-23 2008-09-24 珠海市维捷机器人***工程发展有限公司 非正圆罐体三维自动焊接设备
CN105057964A (zh) * 2015-08-28 2015-11-18 明威专用汽车有限公司 用于焊接非正圆罐体的控制***及控制方法
JP2019198884A (ja) * 2018-05-18 2019-11-21 株式会社デンソー はんだ付け装置、及び、はんだ付け方法
CN109226937A (zh) * 2018-11-14 2019-01-18 南京工程学院 一种工业机器人空间相贯曲线焊接离线编程方法
CN111745267A (zh) * 2020-08-14 2020-10-09 湘潭大学 一种基于激光位移传感器的坡口焊缝实时跟踪***及方法
CN112518072A (zh) * 2020-11-23 2021-03-19 南京工程学院 一种基于线结构光视觉的空间相贯曲线焊缝结构建模方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
宋燕利，华林: "车身覆盖件拼焊板冲压成形技术的研究现状及发展趋势", 《中国机械工程》 *
宋燕利，华林: "车身覆盖件拼焊板冲压成形技术的研究现状及发展趋势", 《中国机械工程》, vol. 22, no. 1, 10 January 2011 (2011-01-10), pages 111 - 118 *
屈贤良: "椭圆形轨迹检测机构及控制***的开发", 《中国优秀硕士论文全文数据库（工程科技Ⅰ辑）》 *
屈贤良: "椭圆形轨迹检测机构及控制***的开发", 《中国优秀硕士论文全文数据库（工程科技Ⅰ辑）》, no. 2013, 15 July 2013 (2013-07-15), pages 022 - 258 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114455531A (zh) * 2022-02-10 2022-05-10 西安索睿科技有限公司 一种流体罐车装车用自动对接装置及方法
CN115106666A (zh) * 2022-06-28 2022-09-27 广东利元亨智能装备股份有限公司 一种电芯焊接轨迹定位方法、装置、***、设备和介质
CN115319323A (zh) * 2022-07-27 2022-11-11 熵智科技(深圳)有限公司 管板焊焊接方法、***、焊接机器人及存储介质
CN115319323B (zh) * 2022-07-27 2024-03-29 熵智科技(深圳)有限公司 管板焊焊接方法、***、焊接机器人及存储介质
CN115870678A (zh) * 2023-03-02 2023-03-31 成都熊谷加世电器有限公司 内焊机的姿态调节***、方法、内焊机及存储介质
CN115890053A (zh) * 2023-03-02 2023-04-04 成都熊谷加世电器有限公司 内焊机对口方法、装置、内焊机及存储介质
CN115890053B (zh) * 2023-03-02 2023-08-18 成都熊谷加世电器有限公司 内焊机对口方法、装置、内焊机及存储介质
CN115870678B (zh) * 2023-03-02 2023-08-18 成都熊谷加世电器有限公司 内焊机的姿态调节***、方法、内焊机及存储介质

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