(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 202210648988.7 (22)申请日 2022.06.09 (71)申请人 郑州大学 地址 450003 河南省郑州市高新 技术开发 区科学大道100号 (72)发明人 徐一村　姬玉杰　程磊　王浩南　 孙宏伟　张本顺　刘超　 (74)专利代理 机构 北京深川专利代理事务所 (普通合伙) 16058 专利代理师 孙娜 (51)Int.Cl. B23K 37/02(2006.01) B25J 9/02(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种龙门架双臂焊接机器人轨迹规划研究 方法 (57)摘要 本发明公开了一种龙门架双臂焊接机器人 轨迹规划研究方法， 其特征在于： 三维模型的建 立、 焊缝曲线和基于Matlab的Simscape   Multibody进行轨迹规划的可视化仿真， 其具体 操作流程为待焊工件焊缝 ‑焊接工作站的位姿信 息‑龙门架位置移动 ‑机器人轨迹规划 ‑机器人空 间位置是否可达 ‑机械臂关节转角规划 ‑焊接完 成‑生成程序， 本发明与现有技术相比的优点在 于： 针对船舶焊接中的典型焊缝， 采用 将双臂系 统解耦成单臂系统分开规划和区分关节运动优 先级的策略， 进行不同形式焊缝的轨迹规划研 究。 保证焊接机器人在完成预期轨迹的同时， 其 关节角度变化平缓无突变， 提高焊接机器人工作 时的平稳性， 对工程现场的焊接具有一定的指导 意义。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115070294 A 2022.09.20 CN 115070294 A 1.一种龙门架双臂焊接机器人轨迹规划研究方法， 其特征在于： 三维模型的建立、 焊缝 曲线和基于Matlab的Simscape  Multibody进行轨迹规划的视化仿真， 所述的基于Matlab的 Simscape  Multibody进行轨迹规划的视化仿真分为现实物理限制约束、 进行关节 运动优先 级划分和焊接轨迹规划仿 真， 其具体操作流程为待焊工件焊缝 ‑焊接工作 站的位姿信息 ‑龙 门架位置移动 ‑机器人轨迹规划 ‑机器人空间位置是否达 ‑机械臂关节转角规划 ‑焊接完成 ‑ 生成程序。 2.根据权利要求1所述的一种龙门架双臂焊接机器人轨迹规划研究方法， 其特征在于： 所述的机器人空间位置是否达为是时， 需要进行机械臂位姿优化和调整焊枪理想状态， 然 后进入机 械臂关节转角规划。 3.根据权利要求1所述的一种龙门架双臂焊接机器人轨迹规划研究方法， 其特征在于： 所述的机器人 空间位置是否达为否时， 需要进 行龙门架与机械臂协同轨迹规划和协同控制 策略， 然后进入机 械臂关节转角规划。 4.根据权利要求1所述的一种龙门架双臂焊接机器人轨迹规划研究方法， 其特征在于： 所述的三 维模型的建立， 首先进利用Solidwor ks建立龙门架双臂焊接机器人系统的三维模 型， 由标准的六自由度工业机器臂与龙门架式移动装置两部分构成， 该龙门架双臂焊接机 器人系统具有17个关节， 其中有5个滑动运动轴， 12个旋转运动轴， 其次将17自由度的龙 门 架双臂焊接机器人系统划分为单臂的9自由度系统， 由改进的D ‑H参数法建立了其运动学模 型， 求解系统的正 运动学方程、 雅克比矩阵和微分运动学 方程。 5.根据权利要求1所述的一种龙门架双臂焊接机器人轨迹规划研究方法， 其特征在于： 所述的焊缝曲线以归结为三类： 空间平面相交形成的直线焊缝、 空间平面与空间曲面形成 的平面弧线焊缝和空间曲面与空间曲面形成的空间弧线焊缝。 6.根据权利要求1所述的一种龙门架双臂焊接机器人轨迹规划研究方法， 其特征在于： 所述的现实物理限制约束将龙 门架双臂焊接机器人的最大运动速度为170mm/S、 最大运动 加速度为170mm/S2、 额定功率为1.5KW、 额定转速为3000r/min， 机械臂的每个关节的最大运 动角速度为180 °/S2， 每个关节最大运动加速度为180 °/S2， 对于移动关节， 龙门架整体沿导 轨方向实现X轴方向运动范围约10米， 水平关节移动范围约为 10米， 由于双臂分工且不许交 叉的原则， 单个机 械臂关节在Y轴的有效移动范围约为5米， 轴移动范围距地 面约4米。 7.根据权利要求1所述的一种龙门架双臂焊接机器人轨迹规划研究方法， 其特征在于： 所述的进行关节运动优先级划分分为三类： 1)龙门架地面导轨的运动优先级别最低， 2)横 梁上的水平移动关节和竖直移动关节优 先级别居中， 3)机械臂的旋转关节运动优先级别最 高。 8.根据权利要求1所述的一种龙门架双臂焊接机器人轨迹规划研究方法， 其特征在于： 所述的焊接 轨迹规划仿真 分为直线焊缝和弧线焊缝。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115070294 A 2一种龙门架双臂焊接 机器人轨迹规划研究方 法 技术领域 [0001]本发明涉及焊接机器人技术领域， 具体是指一种龙门架双臂焊接机器人轨迹规划 研究方法。 背景技术 [0002]在船舶制造工业中， 焊接工作量占船体建造总工作量的30％～40％。 以人工作业 为主的劳动密集型生产焊接效率低、 劳动强度大、 质量不稳定， 船体焊接工作站 一般为龙门 架式双臂焊接机器人系统， 该系统有17个自由度， 存在自由度冗余和双臂协调问题， 焊接中 焊缝的类型多样， 如直线焊缝、 立角焊缝和弧线焊缝等， 为了保证焊接机器人能够沿焊缝准 确完成焊接任务， 需要对龙门架双臂焊接机器人系统进行轨迹规划， 首先将双臂系统解耦 成单臂系统分开规划， 其次将龙门架的三个移动关节与机械臂的六个旋转关节做运动优先 级别划分， 针对不同的任务类型采用不同的关节运动组合方式， 最后在进行笛卡尔空间轨 迹规划， 以保证末端运动轨迹的稳定性， 从而提高焊接精度和效率， 对工程现场的焊接提供 一定的参 考。 [0003]现有技术方案的内容： 专利CN109278048A： 五轴焊接机器人的焊接路径规划方法： 建立五轴焊接机器人本体及焊接头的D—H连杆坐标系， 得到五轴焊接机器人本体及焊接头 相应参数， 求解出五轴焊接机器人 的运动学正解和运动学逆解， 进而得到五轴焊接机器人 的末端位姿和关节角， 根据五轴焊接机器人 的末端位姿和关节角， 计算五轴焊接机器人 的 工作空间； 建立五轴焊接机器人 的工作空间的三维模型， 在三维模型中勾 画出焊接路径曲 线， 在焊接路径曲线上取一定数量的焊接点， 从预先定义的零点处开始以粗插补的形式控 制焊接头移动到第一个焊接点处， 在任意两个相 邻焊接点之间进 行精插补来控制焊接头移 动， 直至焊接 完成焊接路径曲线。 [0004]专利CN110355764A： 一种 龙门式双机器人 的焊接路径规划方法及系统： 获取待焊 接船舱分段的分段模型； 基于分段模型和每台焊接机器人 的结构信息， 构建焊接装置的多 个焊接工作 站点； 基于多个焊接工作 站点， 构建龙门架的移动路径集合， 依次将龙门架移动 至每一焊接工作 站点， 在每一焊接工作 站点中， 基于每台焊接机器人对应的多 条焊缝信息， 确定每台焊接机器人 的最优无碰撞路径， 利用最优无碰撞路径， 控制每台焊接机器人焊接 对应的工作 站点对应的多 条焊缝， 通过船舱分段的模型信息， 构建多个焊接工作 站点， 在每 一焊接工作站点中规划每台焊接机器人的最优无碰撞路径， 控制焊接机器人进行焊接任 务。 [0005]现有技术的缺点： 1、 五自由度焊接机器人在进行焊接时， 工作空间有限、 灵活性较 差且焊接 工艺会受到一定限制， 能导 致焊接效果 不好。 [0006]2、 没有明确的焊接应用场景和具体 焊接对象。 发明内容 [0007]本发明要解决的技术问题是， 针对上述背景技术中提出的问题， 提供一种龙门架说　明　书 1/4 页 3 CN 115070294 A 3