CN115716175A - 用于焊接机器人一对多离线编程的设备调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于焊接机器人一对多离线编程的设备调试方法，包括下列步骤：根据设计三维模型搭建离线模型；根据设计三维模型测量已安装设备的位置尺寸及相对位置；校准六轴机器人本体TCP；调整带外部轴机器人TCP；根据设计要求对现场设备进行零位置标定及行程设置；用搭建的离线模型对焊接工装夹具及焊接变位机特征点创建离线点，对焊接工装夹具及焊接变位机进行测量；根据记录的数据分析多组相同设备误差趋势，对离线模型根据偏差平均值进行调整，当多组焊接变位机相同位置测试点方向偏差不同时调整变位机安装位置。本发明采用一对多模式的离线编程，多个结构相同布局相同的工作站使用同一个离线模型，调试效率更高、调试成本更低。

Description

用于焊接机器人一对多离线编程的设备调试方法

技术领域

本发明涉及焊接机器人设备调试技术领域，具体涉及一种用于焊接机器人一对多离线编程的设备调试方法。

背景技术

焊接机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人。根据国际标准化组织（ISO）工业机器人属于标准焊接机器人的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机（Manipulator），具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊（割）枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。

焊接机器人的编程可以分为示教编程与离线编程两种方式，示教编程是指操作人员利用示教盒控制机器人运动，使焊枪到达完成焊接作业所需位姿，并记录下各个示教点的位姿数据，随后机器人便可以在“再现”状态完成这条焊缝的焊接。离线编程是利用三维图形学的成果，在计算机的专业软件中建立起机器人及其工作环境的模型，通过软件功能对图形的控制和操作，再通过计算机的仿真模拟运行后将最终的数据程序传输至机器人控制***直接使用。

示教编程受编程者的经验影响较大，很难实现复杂的机器人运动轨迹，对于复杂路径难以保证示教点的精确结果，并且需要占用机器人的作业时间，当一个工序中有多台焊接机器人同时工作时，还存在多台设备重复编程的问题。离线编程的过程一般包括：机器人及设备的作业任务描述、建立变换方程、求解未知矩阵及编制任务程序等。在进行图形仿真以后，根据动态仿真的结果，对程序做适当的修正，最后在线控制机器人运动以完成作业，节省了在机器人上编程的时间。

目前国内外离线编程基本都是仅仅用于模拟工艺的可行性或者一对一的简单应用。主要的瓶颈问题出现在：很难实现离线编程的软环境与现场多台设备一致。比如，离线编程使用的软环境与工程师的三维或二位模型尺寸一致，但焊装平台、焊接变位机、工装夹具实际安装情况与工程师的三维或二位模型尺寸存在偏差或设备地基余量较大设备定位余量大等等，都会导致运用离线编程软件生成的机器人程序与真实情况存在较大差异，多台设备使用时即使机器人可以自寻位但仍然需要重新在线示教，在机器人工作空间受限的地方其使用效果很更不理想，一对一与一对多调试的理念不同，一对一只需离线软环境与现场设备相对应根据现有设备调整软环境，本质上仅仅适用与一对一的使用，而一对多是设定好合理的离线软环境，从安装开始就以离线软环境为基准来安装，调试过程中根据调试测量数据来判断调整工作站还是离线软环境。因此，现有设备安装调试无法实现机器人离线程序一对多的使用。并且离线编程一对一与一对多相比一对一仅适用于多品种小批量的生产，而一对多适用于多品种大、小批量都可，一对一相对成本比一对多高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于焊接机器人一对多离线编程的设备调试方法，能够实现型号一致的多台焊接机器人的一对多离线编程。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种用于焊接机器人一对多离线编程的设备调试方法，包括下列步骤：

S1.根据设计三维模型搭建离线模型，并满足以下条件：（1）使机器人与焊接工装夹具及焊接变位机相对位置关系和设计三维模型相符；（2）使机器人与焊接工装夹具及焊接变位机相对尺寸和设计三维模型相符；

S2.根据设计三维模型测量已安装设备的位置尺寸及相对位置；

S3.使用4点法、6点法或专用设备校准六轴机器人本体TCP（tool cusp point， 简称TCP）；

S4.调整带外部轴机器人TCP，包括移动地轨与机器人的组合调试，机器人与地轨、升降、旋转外部轴的组合调试；

S5.完成步骤S4中的组合调试及机器人安装调整，根据设计要求对现场设备进行零位置标定及行程设置；

使用步骤S1变位机翻转到待工作位用机器人记录该平面点位，然后反复运动变位机再运动到待焊接位，再次记录之前相同位置点位，与之前位置数据做对比，测试调整变位机重复定位精度；

S6.使用步骤S1搭建的离线模型对焊接工装夹具及焊接变位机特征点创建离线点，使用生成的离线点对焊接工装夹具及焊接变位机进行测量，记录测量点与离线点之间X、Y、Z三方向的误差数值及正负方向；

S7.根据步骤S6记录的数据分析多组相同设备误差趋势，如多组焊接变位机平放位置四点中有一点Z方向统一向下偏差3mm、-6mm，在不影响变位机其他位置及运动的情况下将离线模型根据偏差平均值进行调整，当多组焊接变位机相同位置测试点方向偏差不同时调整变位机安装位置。一对多离线模型取多组结构相同、布局相同工作站的偏差平均值调整模型。

优选的，所述步骤S2中测量的数据包括：机器人地轨与焊接变位机相对位置，以及焊接工装夹具与焊接变位机本体相对位置。

优选的，所述步骤S4中移动地轨与机器人的组合调试方法包括：

机器人停在地轨0位，机器人运行关节坐标系，J1轴运动正负20°，记录正负20°点A、B位置，测量正负20°两点间距HH；地轨0位调整机器人到达20°或-20°点位，只将地轨运行HH距离，检测机器人TCP位置AA、BB是否与正负20°位置A、B相符，此步精确骤调试旋转轴旋转速比与悬臂长。否则根据测量数据修正机器人本体安装位置；可在离线模型中人为调整模型至与现场测试相同场景，方便判定现场设备调整。

优选的，所述步骤S4中机器人与地轨、升降、旋转外部轴的组合调试方法包括：

a.机器人所有外部轴及本体轴值归零；

b.将机器人升降轴放置在合适位置，机器人本体运行关节坐标系，J1轴运动正负20°，记录正负20°点位置，将机器人本体J1轴归零，转动外部轴运动正负20°，检测机器人TCP位置是否与外部轴正负20°位置相对应；此步骤调试机器人法兰盘中心线与旋转轴中心线重合。

c.将机器人升降轴放置在合适位置，旋转外部轴归零，机器人本体运行关节坐标系，J1轴运动正负20°，记录正负20°点位置，测量正负20°两点间距HH，将机器人本体J1轴归零，只将地轨运行HH距离，检测机器人TCP位置是否与正负20°位置相符；此步骤调试机器人与变位机位置平行。

在变位机Z方向测量出小于机器人升降轴行程范围的距离如1000mm，然后在测量的位置用关节坐标系下运动升降轴机器人显示的1000mm，是否与测量的1000mm一致。此步骤是调试机器人外部升降轴速比。

同理在变位机Y方向测量出小于机器人地轨行程范围的距离如1000mm，然后在测量的位置用关节坐标系下运动地轨机器人显示的1000mm，是否与测量的1000mm一致。此步骤是精确调试机器人外部地轨速比。

d.将机器人升降轴放置在合适位置，机器人本体归零，转动外部轴运动正负20°，测量正负20°两点间距KK，机器人本体归零，旋转外部轴归零，只将地轨运行HH距离，检测机器人TCP位置是否与正负20°位置相符；可在离线模型中人为调整模型至与现场测试相同场景，方便判定现场设备调整。

优选的，所述步骤S6中的特征点选定为与焊接工件相对位置相关的点、与焊接工装夹具及焊接变位机运动相关的点

优选的，由于步骤S7调试误差2mm，在离线编程中用机器人选择工件直角位置建立工件坐标系，保证工件位置出现误差时，焊接以实际工件坐标系为准进行。机器人对每个工件单独建立工件坐标系，对同批次同结构的每个零件进行单独定位后执行加工程序。

优选的，所涉及的设备中，多台机器人型号一致、焊枪型号一致、焊接工装夹具及焊接变位机尺寸规格一致。

本发明的有益效果在于：

现有的离线编程多为一套离线模型对应现场一套设备，离线编程可以减少现场编程带来的生产工序长、生产周期加长及编程调试的危险性。在机器人大面积应用的场景中，一部分结构布局相同的工作站完成批量工件的一个工序，另一部分结构布局相同的工作站完成批量工件的另一个工序。如采用离线编程一对一模式，相同工作站在离线编程时需根据不同工作站安装尺寸进行建模并编程，现场设备采用对应模型的离线程序；以上模式缺点1、结构相同布局相同的工作站由于设备制造及安装误差等原因需要建立多个离线模型2、同一批零件相同工序的程序需在多个离线模型中重复编辑，现场设备需根据对应模型编辑的程序进行生产。本发明采用一对多模式的离线编程，多个结构相同布局相同的工作站使用同一个离线模型，相同工件同道工序的加工程序只需编辑一次就可在多个工作站使用；无需每个工作站建立离线模型，调试效率更高、调试成本更低。

附图说明

图1是移动地轨与机器人的组合调试示意图之一；

图2是移动地轨与机器人的组合调试示意图之二；

图3是机器人与地轨、升降、旋转外部轴的组合调试示意图之一；

图4是机器人与地轨、升降、旋转外部轴的组合调试示意图之二；

图5是机器人与地轨、升降、旋转外部轴的组合调试示意图之三；

图6是焊接工装夹具及焊接变位机特征点的选择示意图；

图中标号：1为焊接机器人；2为移动地轨；3为旋转外部轴。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件。

实施例1：一种用于焊接机器人一对多离线编程的设备调试方法，包括下列步骤：

S1.根据设计三维模型搭建离线模型，并满足以下条件：（1）使机器人与焊接工装夹具及焊接变位机相对位置关系和设计三维模型相符；（2）使机器人与焊接工装夹具及焊接变位机相对尺寸和设计三维模型相符；其中，所涉及的设备中，多台机器人型号一致、焊枪型号一致、焊接工装夹具及焊接变位机尺寸规格一致。

S2.根据设计三维模型测量已安装设备的位置尺寸及相对位置；步骤S2中测量的数据包括：机器人地轨与焊接变位机相对位置，以及焊接工装夹具与焊接变位机本体相对位置。

S3.使用4点法、6点法或专用设备校准六轴机器人本体TCP（此为六轴机器人自带功能）。

S4.调整带外部轴机器人TCP，包括移动地轨与机器人的组合调试，机器人与地轨、升降、旋转外部轴的组合调试。

其中，移动地轨与机器人的组合调试方法包括：

机器人停在地轨0位，机器人运行关节坐标系，J1轴运动正负20°，记录正负20°点A、B位置，测量正负20°两点间距HH（参见图1）；地轨0位调整机器人到达20°或-20°点位，只将地轨运行HH距离，检测机器人TCP位置AA、BB是否与正负20°位置A、B相符（参见图2），否则根据测量数据修正机器人本体安装位置；可在离线模型中人为调整模型至与现场测试相同场景，方便判定现场设备调整。

机器人与地轨、升降、旋转外部轴的组合调试方法包括：

a.机器人所有外部轴及本体轴值归零；

b.将机器人升降轴放置在合适位置，机器人本体运行关节坐标系，J1轴运动正负20°，记录正负20°点位置，将机器人本体J1轴归零，转动外部轴运动正负20°，检测机器人TCP位置是否与外部轴正负20°位置相对应（参见图3）。

c.将机器人升降轴放置在合适位置，旋转外部轴归零，机器人本体运行关节坐标系，J1轴运动正负20°，记录正负20°点位置，测量正负20°两点间距HH，将机器人本体J1轴归零，只将地轨运行HH距离，检测机器人TCP位置是否与正负20°位置相符（参见图4）；

在变位机Z方向测量出小于机器人升降轴行程范围的距离如1000mm，然后在测量的位置用关节坐标系下运动升降轴机器人显示的1000mm，是否与测量的1000mm一致。

同理在变位机Y方向测量出小于机器人地轨行程范围的距离如1000mm，然后在测量的位置用关节坐标系下运动地轨机器人显示的1000mm，是否与测量的1000mm一致。

d.将机器人升降轴放置在合适位置，机器人本体归零，转动外部轴运动正负20°，测量正负20°两点间距KK，机器人本体归零，旋转外部轴归零，只将地轨运行HH距离，检测机器人TCP位置是否与正负20°位置相符（参见图5）。可在离线模型中人为调整模型至与现场测试相同场景，方便判定现场设备调整。

S5.完成步骤S4中的组合调试及机器人安装调整，根据设计要求对现场设备进行零位置标定及行程设置。

使用步骤S1变位机翻转到待工作位用机器人记录该平面点位，然后反复运动变位机再运动到待焊接位，再次记录之前相同位置点位，与之前位置数据做对比，测试调整变位机重复定位精度。

S6.使用步骤S1搭建的离线模型对焊接工装夹具及焊接变位机特征点创建离线点，如焊接工装夹具及焊接变位机有多个位置进行焊接，需要对每个焊接工装夹具及焊接变位机位置进行特征点编辑，特征点选定与焊接工件相对位置相关的点、与焊接工装夹具及焊接变位机运动相关的点。如与焊接工件相对位置相关的点11、12、13、14、15、16、21、22、23、24、25、26，与焊接工装夹具及焊接变位机运动相关的点31、32、33、34、41、42、43、44，参见图6。使用生成的离线点对焊接工装夹具及焊接变位机进行测量，记录测量点与离线点之间X、Y、Z三方向的误差数值及正负方向，

S7.根据步骤S6记录的数据分析多组相同设备误差趋势，如多组焊接变位机平放位置四点中有一点Z方向统一向下偏差3mm、-6mm，在不影响变位机其他位置及运动的情况下将离线模型根据偏差平均值调整模型，当多组焊接变位机相同位置测试点方向偏差不同时调整变位机安装位置。由于步骤S7调试误差2mm，在离线编程中用机器人选择工件直角位置建立工件坐标系，保证工件位置出现误差时，焊接以实际工件坐标系为准进行。

上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (7)

1.一种用于焊接机器人一对多离线编程的设备调试方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1.根据设计三维模型搭建离线模型，并满足以下条件：（1）使机器人与焊接工装夹具及焊接变位机相对位置关系和设计三维模型相符；（2）使机器人与焊接工装夹具及焊接变位机相对尺寸和设计三维模型相符；

S2.根据设计三维模型测量已安装设备的位置尺寸及相对位置；

S3.使用4点法、6点法或专用校准设备校准六轴机器人本体TCP；

S4.调整带外部轴机器人TCP，包括移动地轨与机器人的组合调试，机器人与地轨、升降、旋转外部轴的组合调试；

S5.完成步骤S4中的组合调试及机器人安装调整，根据设计要求对现场设备进行零位置标定及行程设置；

使用步骤S1变位机翻转到待工作位用机器人记录该平面点位，然后反复运动变位机再运动到待焊接位，再次记录之前相同位置点位，与之前位置数据做对比，测试调整变位机重复定位精度；

S6.使用步骤S1搭建的离线模型对焊接工装夹具及焊接变位机特征点创建离线点，使用生成的离线点对焊接工装夹具及焊接变位机进行测量，记录测量点与离线点之间X、Y、Z三方向的误差数值及正负方向；

S7.根据步骤S6记录的数据分析多组相同设备误差趋势，如多组焊接变位机平放位置四点中有一点Z方向统一向下偏差3mm、-6mm，在不影响变位机其他位置及运动的情况下将离线模型根据偏差平均值进行调整，当多组焊接变位机相同位置测试点方向偏差不同时调整变位机安装位置。

2.根据权利要求所述的用于焊接机器人一对多离线编程的设备调试方法，其特征在于，所述步骤S2中测量的数据包括：机器人地轨与焊接变位机相对位置，以及焊接工装夹具与焊接变位机本体相对位置。

3.根据权利要求所述的用于焊接机器人一对多离线编程的设备调试方法，其特征在于，所述步骤S4中移动地轨与机器人的组合调试方法包括：

机器人停在地轨0位，机器人运行关节坐标系，J1轴运动正负20°，记录正负20°点A、B位置，测量正负20°两点间距HH；地轨0位调整机器人到达20°或-20°点位，只将地轨运行HH距离，检测机器人TCP位置AA、BB是否与正负20°位置A、B相符，否则根据测量数据修正机器人本体安装位置；可在离线模型中人为调整模型至与现场测试相同场景，方便判定现场设备调整。

4.根据权利要求所述的用于焊接机器人一对多离线编程的设备调试方法，其特征在于，所述步骤S4中机器人与地轨、升降、旋转外部轴的组合调试方法包括：

a.机器人所有外部轴及本体轴值归零；

b.将机器人升降轴放置在合适位置，机器人本体运行关节坐标系，J1轴运动正负20°，记录正负20°点位置，将机器人本体J1轴归零，转动外部轴运动正负20°，检测机器人TCP位置是否与外部轴正负20°位置相对应；

c.将机器人升降轴放置在合适位置，旋转外部轴归零，机器人本体运行关节坐标系，J1轴运动正负20°，记录正负20°点位置，测量正负20°两点间距HH，将机器人本体J1轴归零，只将地轨运行HH距离，检测机器人TCP位置是否与正负20°位置相符；

d.将机器人升降轴放置在合适位置，机器人本体归零，转动外部轴运动正负20°，测量正负20°两点间距KK，机器人本体归零，旋转外部轴归零，只将地轨运行HH距离，检测机器人TCP位置是否与正负20°位置相符；可在离线模型中人为调整模型至与现场测试相同场景，方便判定现场设备调整。

5.根据权利要求所述的用于焊接机器人一对多离线编程的设备调试方法，其特征在于，所述步骤S6中的特征点选定为与焊接工件相对位置相关的点、与焊接工装夹具及焊接变位机运动相关的点。

6.根据权利要求所述的用于焊接机器人一对多离线编程的设备调试方法，其特征在于，由于步骤S7调试误差2mm，在离线编程中用机器人选择工件直角位置建立工件坐标系，保证工件位置出现误差时，焊接以实际工件坐标系为准进行。

7.根据权利要求所述的用于焊接机器人一对多离线编程的设备调试方法，其特征在于，所涉及的设备中，多台机器人型号一致、焊枪型号一致、焊接工装夹具及焊接变位机尺寸规格一致。

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