(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 202210752876.6 (22)申请日 2022.06.28 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710048 陕西省西安市碑林区金花 南 路5号 (72)发明人 秦佳辰　任利娟　张广鹏　李永昌　 王天乐　王雄辉　 (74)专利代理 机构 贵阳中新专利商标事务所 52100 专利代理师 胡绪东 (51)Int.Cl. B23K 7/00(2006.01) B23K 7/10(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种切割机 器人的管径相贯线 控制方法 (57)摘要 本发明公开了一种切割机器人的管径相贯 线控制方法， 该方法包括步骤： (1)建立相贯线方 程； (2)根据相贯线方程建立焊接坡口的数学模 型； (3)根据数学模型计算焊接坡口角， 获得二面 角和坡口角关系。 本发明的相贯线控制方法使 得 在切割过程中能够减少切割设备的自由度， 只需 要3个自由度即可， 大大降低设备成本， 切割质量 精确稳定 。 权利要求书4页 说明书14页 附图14页 CN 115351383 A 2022.11.18 CN 115351383 A 1.一种切割机器人的管径相贯线控制方法， 其特 征在于： 该 方法包括以下步骤： (1)建立相贯线方程 设两相交管轴线成α角， 两相交管轴线为空间内异面直线， 以通过管件轴 线的公垂线为 Y轴， 取Y和Y1两轴线方向一致且共线， 以垂直于公垂线且通过两相交管各自轴线的平面分 别建立对应的XOZ和X1O1Z1平面， 其交点在各自平面内分别为O和01， 平面XOZ和平面X1O1Z1在 空间中是相互平行的关系， 根据空间解析几何相关知识得 出两坐标的关系如下： 即 式中， A为齐次坐标的变换矩阵； 对于管件相贯线的切割过程选择为逆时针， 在该坐标系下完成坐标变换， XYZ坐标系绕 Y轴逆时针旋转角α， 并且将原点O从(0， 0， 0)移动至(0， e， 0)， 使得其与O1重合就得到X1O1Z1 坐标系， 这种变换 是相对于固定坐标系进行的， 得坐标变化矩阵A如下： 依据线性代数知识求出A 矩阵的逆矩阵 将其带入式(2)中得 则 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115351383 A 2支管圆柱坐标为 相贯线在主管圆柱方向的投影方程 为 将式(4)， 式(5)代入式(6)， 得到被切割管内壁和主管外壁的相贯线数 学表达式， 即 (2)建立焊接坡口 的数学模型 a、 两相交管相贯 二面角的计算： 用∠DCE大小表示 二面角的大小由解析几何的知识得： 平面a表达式： A1x+B1y+C1z+D1＝0 平面b表达式： A2x+B2y+C2z+D2＝0 两平面的夹角 在两相交管件的马鞍型焊接接头 中， 管件相贯线上每个点的二面角是过该点两相交管 各自切平面之间的夹角； 支管圆柱面的方程 为S1： F1(x,y,z)＝x2+y2‑(r‑t)2＝0； 在任意一点M处的法向量 为 易得 主管圆柱面的方程S2： F2(x,y,z)＝u2+v2‑R2＝0； 式中， u＝xcosα ‑zsinα,v＝y‑e， 在任意点M处法向量 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115351383 A 3