浅析焊接机器人离线编程轨迹修正

摘 要 工业机器人编程方式主要是示教编程和离线编程，离线编程可以克服示教编程的不足。本文通过对离线编程轨迹偏差的来源进行分析，提出了相应的修正方法，并对主程序设计进行了分析。

关键词 焊接机器人;离线编程;修正

工业机器人编程方式主要是示教编程和离线编程，面对当前机器人的应用情况和发展需要，示教编程已经难以满足生产需求。离线编程可以克服示教编程的不足，并受到越来越多的重视[1]。但在离线编程时，由于多种复杂原因，实际运行的轨迹与离线编程生成的轨迹之间存在一定的偏差。在某些焊接轨迹偏差敏感的焊接工况下，这种偏差可导致焊道搭接不良，影响焊接质量。对此问题，一般的处理方法是以工件为参照对焊接轨迹直接进行人工在线示教修正。采用人工示教修正，在进行多层多道焊接时每一道都需要进行人工修正，效率低下，占用机器人运行时间长。通过离线编程批量修正焊接机器人轨迹，能够提高多层多道焊轨迹修正效率，减少现场调试时间。

1离线编程轨迹偏差的来源

机器人离线轨迹偏差的来源主要有TCP（工具中心点）的测量误差、工件误差、机器人装配与绝对定位误差三个方面。焊枪作为焊接机器人的工具，每次进行更换后都需要重新做TCP校准，但TCP校准只能使误差较小，而不能消除误差。工件误差有两方面：一方面是工件模型的误差，即离线编程环境中的虚拟模型尺寸与真实世界中工件尺寸存在的误差;另方面是工件位置误差，即离线编程环境中的虚拟模型的位置与真实世界中工件位置存在的误差。通过三点法等校准方法可以减小由工件引起的误差，同样无法消除误差。机器人自身的误差也包括两个方面，一是机器人本身在加工与装配过程中所产生的误差，与其设计时的DH参数不可能完全相同，从而产生误差;二是机器人绝对定位误差，由于技术所限，目前所有机器人都是重复定位精度高而绝对定位精度低。

2离线编程轨迹偏差修正方法

对于多层多道焊接，焊接轨迹一般为有几何规律的形状，可以建立数学模型从而进行参数化离线编程，进而实现一条焊接轨迹由一组定义轨迹形状和位置的参数生成。将所有生成焊接轨迹的参数进行表格化，便可实现一次读取轨迹参数文件批量生成焊接轨迹的目的，这是进行批量轨迹修正的基础。

基于参数化离线编程的基础，轨迹批量修正的原理为，首先在离线編程系统中设计一道基准轨迹，然后在实际工件上手动将基准轨迹手动示教为的理论轨迹，最后通过基准轨迹和理想轨迹的程序文件计算对应步点的修正量，将修正量保存为轨迹修正参照表文件。在离线编程系统中重新生成焊接程序时，同时读取焊接轨迹生成参数表和轨迹修正参照表，批量生成焊接轨迹的同时将轨迹修正参照表中的修正量叠加至焊接轨迹上，从而对所有焊接轨迹进行批量修正。

3轨迹修正参照表计算程序

进行修正表计算时，首先记录下修正点修正前的坐标，修正后再记录下修正后的坐标，每个修正量有X，Y，Z三个分量，每个分量都是千位数后加小数点后三位数的减法运算，用来修正轨迹的基准轨迹中程序步点一般为几十个，若采用人工计算，效率非常低下，而且极易出错，将严重影响编程效率。针对这一问题，基于LabView设计了专门用于生成轨迹修正参照表文件的程序。

3.1 主程序设计

程序计算轨迹修正量的原理，简单地讲就是由计算机对比基准轨迹修正前与修正后的程序文件，找出两个文件中所有步点坐标位置行的差异，然后两个文件的差异计算出对应的修正量。主程序主要包括了读取文件子程序，对比查找子程序，计算生成子程序设计。

3.2 读取文件子程序

读取文件子程序根据程序界面输入的修正前和修正后轨迹文件的路径，首先打开文件，然后读取相应数据，最后将文件关闭，程序文件每个步点的数据按上述的步点格式按行缓存在数组A和数组B中。

3.3 对比查找子程序

对比查找子程序首先从第一行开始对数组A和B中的数据进行对比，判断数据是否相同，若不同，将此行数据分别保存在数组C和D中，然后进行下一行的对比;若相同，将空格分别保存在对应的数组中，然后进行下一行的对比，逐行进行上述操作，直到最后一行结束。

将对比后的数组C和D再进行逐行分离，由于机器人轨迹程序中定义步点坐标的行首字符为XZY，所以判断行首字符是否为XYZ，若是，则从该行分离出修正前和修正后该步点的X，Y，Z坐标，分别保存在数组E、F中;若不是，跳过，对下一行进行分离。图1为对比查找子程序流程。

3.4 计算生成子程序

计算生成子程序将存储在数组E、F中的x，y，z坐标逐行相减，得到轨迹修正量，然后添加字符修改为轨迹修正表所需的格式，最后根据程序界面选择的信息，在对应目录下生成对应文件名的文件。

4结束语

图2为焊接轨迹修正前和修正后焊道的成形对比，可以看出轨迹修正前焊道与坡口搭接的非常不整齐，有的位置与坡口搭接合适，有的位置与管子搭接太多，导致出现和锯齿状沟槽，有些位置与管子搭接太少，导致了未熔合;而轨迹修正后，焊道与坡口搭接的量非常合适，焊道外观平齐。通过轨迹修正量计算专用程序可以极大缩短轨迹修正参照文件制作的时间，提高轨迹修正效率，使得机器人离线编程轨迹批量修正能够实现工程化应用。

参考文献

[1] 孟国军.工业机器人离线编程系统关键技术的研究[D].武汉：华中科技大学2011.

作者简介

肖鹏（1988-），男，陕西省周至县人;学历：硕士研究生，职称：工程师，现就职单位：一重集团大连核电石化有限公司，研究方向：焊接自动化。