(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211249387.5 (22)申请日 2022.10.12 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 申请人 上海工程 技术大学 (72)发明人 商泽坤　李芳　陈振款　贾琪　 何建萍　华学明　 (74)专利代理 机构 上海旭诚知识产权代理有限 公司 312 20 专利代理师 郑立 (51)Int.Cl. B25J 11/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) B23K 37/02(2006.01) (54)发明名称 LNG薄膜舱波纹板搭接接头的机器人焊接轨 迹规划方法 (57)摘要 本发明公开了一种LNG薄膜 舱波纹板搭接接 头的机器人焊接轨迹规划方法， 包括： 根据接头 波纹部分的曲率变化， 将接头波纹部分的几何轮 廓线划分为C2至C6段， 依次平滑衔接； 以各段的 端点以及中点作为接头波纹轨迹规划的特征点 O3至O13， 以特征点O8作为轨迹规划用户坐标系 的原点， 确定x、 y、 z轴方向； 通过各段的半径以及 特征点O8的坐标， 获得各特征点的位置坐标； 分 别计算在任意一个特征点处的回转角W， 回转角P 和回转角R， 从而得到各特征点的姿态坐标。 本发 明解决了传统轨迹规划方式采用机器人运动学 求逆解时的求解困难， 没有统一的、 程式化的求 解方式， 以及多解 性的问题。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 115502996 A 2022.12.23 CN 115502996 A 1.一种LNG薄膜舱波纹板搭接接头的机器人焊接轨迹规划方法， 所述波纹板搭接焊的 接头包括接头平直部分和接头波纹部分， 所述接头平直部分包括首段C1、 尾段C7两段平直 部分， 其特 征在于， 所述方法包括以下步骤： 步骤1、 根据波纹板的接头波纹部分的曲率变化， 将接头波纹部分的几何轮廓线划分为 起始段圆弧C2、 上坡 段圆弧C3、 顶段圆弧C4、 下坡段圆弧C5、 结束 段圆弧C6， 所述起始段圆弧 C2、 上坡段圆弧C3、 顶段圆弧C4、 下坡段圆弧C5、 结束段圆弧C6依次平滑衔接， 其中， 所述起 始段圆弧C2的半径 为r1， 所述上坡 段圆弧C3的半径为r2， 所述顶段圆弧C4的半径为r3， 所述 下坡段圆弧C 5的半径为r4， 所述结束段圆弧C 6的半径为r5； 步骤2、 以所述起始段圆弧C2的两个端点O3和O5以及中点O4、 所述上坡段圆弧C3的两个 端点O5和O7以及中点O6、 所述顶段圆弧C4的两个端点O7和O9以及中点O8、 所述下坡段圆弧 C5的两个端点O9和O11以及中点O10、 所述结束段圆弧C6的两个端点O11和O13以及中点O12， 来作为LNG薄膜舱波纹板搭接接头机器人焊接的接头波纹部分轨迹规划的特征点， 即O3、 O4、 O5、 O6、 O7、 O8、 O9、 O10、 O1 1、 O12、 O13； 步骤3、 以特征点O8作为LNG薄膜舱波纹板搭接接头的接头波纹部分机器人焊接轨迹规 划用户坐标系的原点， 坐标为(0,0,0)， 用户坐标系的x、 y、 z轴方向确定为： 垂直于平 直部分 向上的方向为z轴 正方向， 沿特征点O13到O3的方向为y轴 正方向， 根据y轴和z轴的方向， 通 过右手定则得到x轴的正方向； 步骤4、 通过所述起始段圆弧C2、 上坡段圆弧C3、 顶段圆弧C4、 下坡段圆弧C5、 结束段圆 弧C6的半径r1、 r2、 r3、 r4、 r5以及特征点O8的坐标， 获得特征点O3、 O4、 O5、 O6、 O7、 O9、 O10、 O11、 O12、 O13的坐标(Xj,Yj,Zj)， 其中， j＝3,4,5,6,7,9,10,1 1,12,13； 步骤5、 在波纹板搭接接头波纹部分的几何轮廓线上， 特征点O3、 O4、 O5、 O6、 O7、 O8、 O9、 O10、 O11、 O12、 O13处的法线与z轴的夹角分别为W3、 W4、 W5、 W6、 W7、 W8、 W9、 W10、 W11、 W12、 W13 时， 在对LNG薄膜舱波纹板搭接接头的机器人焊接过程中， 将波纹板搭接上板、 搭接底板依 次搭接在一起， 保持安装在机器人机械手上的焊枪轴中心线垂 直于接头波纹部 分的几何轮 廓线， 且向搭接底板方向偏转角度β， 机器人的机械手夹持焊枪沿接头波纹部分的几何轮廓 线运动的轨迹在特征点 O3、 O4、 O5、 O6、 O7、 O8、 O9、 O10、 O11、 O12、 O13的回转角W分别为W3、 W4、 W5、 W6、 W7、 W8、 W9、 W10、 W1 1、 W12、 W13； 步骤6、 分别计算在任意一个特征点Oj处的回转角P， 以及在任意一个特征点Oj处的回转 角R。 2.如权利要求1所述的LNG薄膜舱波纹板搭接接头的机器人焊接轨迹规划方法， 其特征 在于， 所述波纹板 板厚为1至2m m， 所述搭接焊的搭接量 为10至20mm。 3.如权利要求1所述的LNG薄膜舱波纹板搭接接头的机器人焊接轨迹规划方法， 其特征 在于， 所述步骤1 中所述起始段圆弧C2的半径r1和所述结束 段圆弧C6的半径r5相等， 所述上 坡段圆弧C 3的半径r2和所述下坡段圆弧C 5的半径r4相等。 4.如权利要求1所述的LNG薄膜舱波纹板搭接接头的机器人焊接轨迹规划方法， 其特征 在于， 所述 步骤4的具体步骤为： 根据所述起始段圆弧C2的半径r1、 所述上坡段圆弧C3的半径r2、 所述顶段圆弧C4的半 径r3、 所述下坡段圆弧C5的半径r4、 所述结束段圆弧C6的半径r5， 在三维CAD软件中建立坐 标系， 以特征点O8为坐标原点， x、 y、 z轴方向与机器人焊接轨迹规划用户坐标系的x、 y、 z轴权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115502996 A 2方向保持一致， 绘制出LNG薄膜舱波纹板的波纹部分 的几何轮廓线， 三维CAD软件中自动读 取特征点O3、 O4、 O5、 O6、 O7、 O9、 O10、 O1 1、 O12、 O13的位置坐标(Xj,Yj,Zj)； 所述步骤5中回转角W的获取方法的具体步骤为： 在三维CAD软件中自动读取特征点O3、 O4、 O5、 O6、 O7、 O9、 O10、 O1 1、 O12、 O13的回转角W3、 W 4、 W5、 W6、 W7、 W8、 W9、 W10、 W1 1、 W12、 W13 。 5.如权利要求1所述的LNG薄膜舱波纹板搭接接头的机器人焊接轨迹规划方法， 其特征 在于， 所述步骤5中所述偏转角度β 的取值范围为 ‑8°至‑12°， 其中负值表 示向搭接底板方向 偏转。 6.如权利要求1所述的LNG薄膜舱波纹板搭接接头的机器人焊接轨迹规划方法， 其特征 在于， 所述步骤4还包括在计算焊枪在各个特征点处的位置坐标时， 在y轴和z轴分别加入以 下修正： y轴： z轴： +d×cosWj， 其中， d表示焊枪与工件的距离 。 7.如权利要求1所述的LNG薄膜舱波纹板搭接接头的机器人焊接轨迹规划方法， 其特征 在于， 所述 步骤6的具体步骤为： 在对LNG薄膜舱波纹板搭接接头的机器人焊接过程中， 机器人的机械手夹持焊枪沿接 头波纹部分的几何轮廓线运动的轨迹在特征点Oj处的回转角Pj为焊枪运动到各自对 应的特 征点处时焊枪轴中心线在XOZ面上的投影与Z轴正方向的夹角， 此时Y轴正方向离开纸面， 焊 枪在Z轴正方向的逆时针方向为正值， 在Z轴正方向的顺时针方向为负值； 机器人的机械手 夹持焊枪沿接头波纹部分的几何轮廓线运动的轨迹在特征点Oj处的回转角Rj为焊枪运动 到各自对应的特征点处时的焊枪轴中心线在XOY面上的投影与Y轴负方向的夹角， 此时Z轴 正方向离开纸面， 焊枪在Y轴负方向的逆时针方向为正值， 在Y轴负方向的顺时针方向为负 值； 定义焊枪的末端作为焊枪笛卡尔 坐标系的原点， 焊枪笛卡尔 坐标系的坐标轴方向与用 户坐标系的坐标轴方向一致； 同时定义焊枪轴中心线指向焊枪笛卡尔坐标系原 点的单位向 量， 则有： 在任意一个特征点Oj处， 单一控制焊枪绕Y轴旋转时 回转角P记作Pj1， 其计算步骤为： a＝cosβ×sinWj， 在任意一个特征点Oj处， 单一控制焊枪绕Z轴旋转时 回转角R记作Rj1， 其计算步骤为： a＝cosβ×sinWj， 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115502996 A 3