一種六軸磨拋工業(yè)機(jī)器人離線編程方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及拋光領(lǐng)域，具體涉及一種六軸磨拋工業(yè)機(jī)器人離線編程方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，人們開始關(guān)注工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，機(jī)器人技術(shù)的發(fā) 展正逐步代替人從事各種生產(chǎn)作業(yè)，使人類從繁重的、重復(fù)單調(diào)的、有害健康和危險(xiǎn)的生產(chǎn) 作業(yè)中解放出來。磨拋領(lǐng)域也正逐漸采用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行磨拋，目前在工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)工件 拋光工作通常由人工完成，存在拋光質(zhì)量不穩(wěn)定、精度不高，人工成本高、生產(chǎn)效率低等缺 點(diǎn)，工作單調(diào)重復(fù)、拋光噪音和粉塵嚴(yán)重影響工人的健康。因此，提供一種用于磨拋的離線 編程技術(shù)方法是十分有必要的。
[0003] 現(xiàn)有的離線編程方法普遍存在操作過程繁瑣，結(jié)果不精確的問題，例如中國發(fā)明 專利《一種實(shí)現(xiàn)六軸拋光打磨機(jī)械臂離線編程的方法和裝置K公開號(hào)103692320A)，公布了 一種為離線編程軟件快速生成打磨程序用于復(fù)雜曲面的打磨，所述方法包括：在離線編程 軟件中標(biāo)定六軸拋光打磨機(jī)械臂與打磨工具的相對(duì)位置；生成打磨軌跡點(diǎn)；建立系統(tǒng)的三 維模型并將三維模型進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換；將已轉(zhuǎn)換格式的三維模型導(dǎo)入離線編程軟件以及將打 磨軌跡點(diǎn)導(dǎo)入已轉(zhuǎn)換格式的三維模型；根據(jù)六軸拋光打磨機(jī)械臂與打磨工具的相對(duì)位置、 打磨軌跡點(diǎn)以及已轉(zhuǎn)換格式的三維模型，生成打磨程序。該方法存在的問題是： 在運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真過程中，根據(jù)打磨點(diǎn)與打磨軌跡點(diǎn)的重合，計(jì)算得到各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。 將各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度導(dǎo)入進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，而實(shí)際加工過程中除磨拋前后采用關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，其余 加工過程中均采用線性運(yùn)動(dòng)。因此，該方法的仿真運(yùn)動(dòng)軌跡無法得到全部的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡 情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種六軸磨拋工業(yè)機(jī)器人離線編程方法，以解決現(xiàn)有磨拋的離線編程 方法存在的仿真運(yùn)動(dòng)軌跡無法得到全部的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡情況等缺點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是： 一種六軸磨拋工業(yè)機(jī)器人離線編程方法，包括以下步驟： (1)、建立模型：先通過三維軟件建立磨拋系統(tǒng)的三維模型，該磨拋系統(tǒng)包括機(jī)器人、磨 拋機(jī)、工件以及相應(yīng)的夾具，然后在三維軟件上完成磨拋系統(tǒng)工作環(huán)境的布局。
[0006] (2)、提取工件加工路徑信息：利用極限等距法結(jié)合三維軟件二次開發(fā)獲取工件 加工幾何信息數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括加工點(diǎn)的位置、法向矢量、副法向矢量以及切向量方向上的 點(diǎn)，建立一系列加工點(diǎn)坐標(biāo)系的三組一系列點(diǎn)三維坐標(biāo)； 極限等距法具體如下：在工件加工曲面上規(guī)劃出要加工的曲線L，以曲線L作曲面M的 邊界，對(duì)曲面M作等距為1mm的等距曲面M1，曲面M1上的邊界曲線L那為曲線L的等距曲 線；再以曲線L、L 1作曲面M2，同樣作等距為1mm的等距曲面M3, 1^即為曲線L的另一邊等 距曲線；在曲線L、L2上進(jìn)行均勻取若干數(shù)量的點(diǎn)。上述三維軟件二次開發(fā)的內(nèi)容為能 夠快速獲得大量點(diǎn)坐標(biāo)值的三維軟件的插件。
[0007] (3)、點(diǎn)數(shù)據(jù)處理：由獲得的工件加工幾何信息數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，并以這三組點(diǎn) 求出另一組點(diǎn)，之后建立齊次矩陣，如步驟（2)中獲得的建立加工點(diǎn)坐標(biāo)系三個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)分 別？。1 =(叉。1，7。1，2。1)、？11=(叉11，7 11，211)和卩21=(叉21，721，2 21)，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)為？。/ = (x01'，y01'，z01'）、Pn' = (xn'，yn'，zn'）和 P2/ = (x21'，y21'，z21'）， 根據(jù)向量積原理求出另一個(gè)點(diǎn)匕/ =(x3/，y3/，z:);則其齊次矩陣！\是：
根據(jù)加工點(diǎn)數(shù)據(jù)配置要求，加工曲面、曲線需離散為指 定數(shù)量的點(diǎn)，并獲取到所有的數(shù)據(jù)信息；上述齊次矩陣設(shè)定的離散點(diǎn)數(shù)為n，對(duì)于其中第i 點(diǎn)的齊次矩陣!\為：
這些信息數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在相應(yīng)文件里，等 待下一步處理。
[0008] (4)、生成機(jī)器人加工運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)角：根據(jù)步驟（3)處理后獲取的數(shù)據(jù)信息，通過逆 運(yùn)動(dòng)學(xué)算法生成機(jī)器人磨拋加工運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)角數(shù)據(jù)。
[0009] (5)、生成機(jī)器人加工運(yùn)動(dòng)軌跡：根據(jù)步驟（4)獲取的機(jī)器人磨拋加工運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)角 數(shù)據(jù)，通過三維軟件二次開發(fā)導(dǎo)入到三維軟件中生成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡特征點(diǎn)及軌跡；以三 個(gè)磨拋點(diǎn)為例，根據(jù)步驟（4)得到的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)角J 1=U11, j12, j13, j14, j15, j16),其對(duì)應(yīng)機(jī)器人 位置I時(shí)的法蘭盤中心位置Q1= (XDy1^1)，在空間3D草圖中記錄當(dāng)前法蘭盤中心位置； 依次類推記錄J 2=U21, j22, j23, j24, j25, j26)對(duì)應(yīng)的機(jī)器人法蘭盤中心位置Q2=(X2, y2, Z2), Ji= (jii, ji2, ji3, ji4, ji5, ji6)對(duì)應(yīng)機(jī)器人法蘭盤中心的位置Qi= (Xi, yi, Zi)，采用直線將這些特 征點(diǎn)連接起來形成磨拋加工軌跡M。
[0010] (6)、機(jī)器人磨拋加工運(yùn)動(dòng)仿真：在三維軟件中，導(dǎo)入步驟（5)得到的機(jī)器人加工 運(yùn)動(dòng)軌跡，設(shè)置機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中的所有關(guān)節(jié)角，并結(jié)合條件仿真對(duì)各磨拋曲面按一定時(shí) 間條件對(duì)磨拋加工運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行約束，最后進(jìn)行仿真驗(yàn)證整個(gè)離線編程。
[0011] (7)、生成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵參數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和代碼：將相關(guān)坐標(biāo)系的齊次矩陣轉(zhuǎn)換成 其他空間姿態(tài)描述形式，在轉(zhuǎn)換完之后，根據(jù)選擇對(duì)應(yīng)的機(jī)器人廠家，按照該機(jī)器人廠家的 運(yùn)動(dòng)控制程序代碼編寫的語言規(guī)則進(jìn)行生成相應(yīng)的程序文件。
[0012] 由上述對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的描述可知，和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)： 該發(fā)明的離線編程方法，使六軸磨拋工業(yè)機(jī)器人離線編程過程簡(jiǎn)化，具有實(shí)用性，能夠 快速生成應(yīng)用于磨拋具有復(fù)雜表面工件的六軸磨拋工業(yè)機(jī)器人程序。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的流程示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的路徑規(guī)劃流程示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例利用等距曲面原理建立加工曲面坐標(biāo)系的示意圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例各坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例加工點(diǎn)坐標(biāo)系齊次矩陣建立流程示意圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例確定離線編程關(guān)鍵參數(shù)的流程示意圖； 圖7為本發(fā)明實(shí)施例機(jī)器人加工運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí) 施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0015] 本實(shí)施例是基于Solidworks這一三維軟件實(shí)現(xiàn)一種六軸磨拋工業(yè)機(jī)器人離線編 程方法，參照?qǐng)D1，包括以下十個(gè)主要步驟： 一、建立模型 模型建立的第一部分是通過三維軟件Solidworks建立磨拋系統(tǒng)的三維模型，該磨拋 系統(tǒng)的三維模型包括一臺(tái)六軸工業(yè)機(jī)器人、由四臺(tái)砂拋機(jī)組成的一套砂拋機(jī)組、一個(gè)水龍 頭工件和對(duì)應(yīng)的夾具；模型建立的第二部分是根據(jù)實(shí)際加工圖紙，確定各部分之間的相對(duì) 位置尺寸，在三維軟件上完成磨拋系統(tǒng)工作環(huán)境的布局。
[0016] 二、提取工件加工路徑信息：利用極限等距法結(jié)合三維軟件Solidworks二次開發(fā) 獲取工件加工幾何信息數(shù)據(jù)(包括加工點(diǎn)的位置、法向矢量、副法向矢量和切向量方向上的 點(diǎn))，進(jìn)而建立一系列加工點(diǎn)坐標(biāo)系的三組一系列點(diǎn)三維坐標(biāo)。
[0017] 參照?qǐng)D2,在路徑規(guī)劃過程中，首先，選取待加工曲面，在其上規(guī)劃刀位曲線，利用 極限等距法結(jié)合三維軟件的二次開發(fā)功能插件a程序得到加工點(diǎn)的法向矢量N、副法向矢 量T，進(jìn)而得到建立加工點(diǎn)的齊次位姿矩陣的數(shù)據(jù)。
[0018] 參照?qǐng)D3,利用等距曲面原理對(duì)加工路徑曲線進(jìn)行處理，其中極限等距法為：在工 件加工曲面上規(guī)劃出要加工的曲線L，以曲線L作曲面M的邊界，對(duì)曲面M作等距為1mm的 等距曲面M 1，曲面M1上的邊界曲線L卿為曲線L的等距曲線；再以曲線L、L i作曲面M2，同 樣作等距為1mm的等距曲面M3，LjP為曲線L的另一邊等距曲線；在曲線L、L ^!^上進(jìn)行均 勻取一定數(shù)量的點(diǎn)。
[0019] 上述三維軟件二次開發(fā)功能插件a的內(nèi)容為：能夠快速獲得大量點(diǎn)坐標(biāo)值的三維 軟件的插件。
[0020] 三、點(diǎn)數(shù)據(jù)處理：由獲得的工件加工幾何信息數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，并以這三 組點(diǎn)求出另一組點(diǎn)，之后建立齊次矩陣，比如獲得的建立加工點(diǎn)坐標(biāo)系三個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)分 別？。1 =(叉。1，7。1，2。1)、？11=(叉11，7 11，211)和卩21=(叉21，721，2 21)，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)為？。/ = (x01'，y0