机器人运动路径离线编程方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人编程技术领域，特别涉及一种机器人运动路径离线编程方法及系统。
【背景技术】
[0002]机器人是近几十年来才迅速发展起来的，最为典型的机电一体化产品，它现在被应用在人类生活的各个方面，机器人在经历了诞生、成长和成熟期后，已成为制造业中必不可少的核心装备，而且正在以惊人的速度向航空航天、军事、服务、娱乐等人类生活的各个领域渗透。机器人并不是在简单意义上代替人的劳动，它既有人对环境状态快速反应和分析判断能力，又具有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上来说它是机器的进化过程产物。
[0003]多自由度的机器人是经过多个关节的运动合成机器人末端工装的轨迹路径。不同的机器人工程应用，需要机器人完成各种空间轨迹运动路径。机器人路径的编制即机器人路径编程。机器人运动路径由各个自由度的关节运动数据的点集组成，即在机器人关节坐标系下的位置点。
[0004]目前较为常用的机器人的运动路径编程方法有两种:
[0005]1、人工示教的方式，由操作员手持示教机控制每一个关节运动，使机器人末端达到空间某个特定点，然后记录各个关节的位置，组成一个由关节坐标组成的空间点。该空间点为机器人运动路径上的一个程序点。该方式操作简单，能满足路径不复杂，路径数据点少的应用场合，但是对于路径点多，路径复杂或者参数化几何曲线的路径，该方式不能满足实际应用的需求，且机器人在示教过程中不能工作，因此工作效率低；针对于复杂的机器人工作对象，需要示教点就越多，往往示教程序时就需要投入较多的时间，导致机器人的使用效率不尚。
[0006]2、离线编程的方式(计算机辅助路径规划)，通过与计算机的人机交互构建或者编辑空间路径曲线，获取工作对象的路径笛卡儿坐标下的几何数据，通过机器人的运动算法，结合机器人应用的相关工艺要求，转换为机器人的关节坐标点。该方式能满足快速编制机器人复杂路径的需求，而且路径可以经过计算机进一步优化光顺，令机器人运行更高效率。但是现有的离线编程软件受限于构建几何曲线和在工作对象的计算机模型上提取运动路径数据的功能，只能满足一些简单曲线路径的离线编程的需求。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于笛卡儿坐标的机器人运动路径离线编程方法，该编程方法能够实现机器人复杂运动曲线路径的编程，具有操作简单、工作效率更高的优点。
[0008]本发明的另一目的在于提供一种实现上述方法的机器人运动路径离线编程系统。
[0009]本发明的第一目的通过下述技术方案实现:一种机器人运动路径离线编程方法，步骤如下:
[0010]S1、设定机器人运动学约束条件；获取机器人及其工装的三维模型；获取机器人工作对象的三维模型；扫描机器人工作对象的三维实体数据，以获取到机器人工作对象的笛卡儿坐标系路径数据并且生成相应的数控代码文件；
[0011]S2、构建机器人三维虚拟环境；
[0012]S3、将步骤SI中设定的机器人运动学约束条件、获取的机器人及其工装的三维模型、获取的机器人工作对象的三维模型以及数控代码文件载入到机器人三维虚拟环境中；
[0013]S4、从数控代码文件中读取机器人工作对象的笛卡儿坐标系路径数据，并且结合机器人运动学约束条件、机器人及其工装的三维模型和机器人工作对象的三维模型，将机器人工作对象的笛卡儿坐标系路径数据转换成机器人关节坐标路径数据；
[0014]S5、在机器人三维虚拟环境中，根据现实机器人工装与机器人工作对象的相对位置数据，设置机器人的工具坐标系与用户坐标系数据；
[0015]S6、根据机器人关节坐标路径数据进行机器人运动路径仿真；通过观察机器人仿真动画，检查机器人运动仿真路径是否出现异常；
[0016]若是，则进入步骤S7;
[0017]若否，则进入步骤S8;
[0018]S7、针对机器人关节坐标路径数据进行编辑和修改，然后返回步骤S6 ;
[0019]S8、判断机器人运动仿真路径的安全性，若安全性不能满足机器人工作条件，则返回步骤S7，反之进入步骤S9;
[0020]S9、机器人程序后处理，根据机器人所支持的机器人程序指令格式，将机器人关节坐标路径数据转换成相应的机器人运动路径程序，然后输出机器人运动路径程序。
[0021]优选的，所述机器人工作对象的笛卡儿坐标系路径数据通过CAD/CAM软件平台获取，CAD/CAM软件平台通过数控程序的形式输出机器人工作对象的笛卡儿坐标系路径数据。
[0022]优选的，所述步骤S4中机器人工作对象的笛卡儿坐标系路径数据转换成机器人关节坐标路径数据的具体步骤如下:
[0023]S4-1、笛卡儿坐标系路径数据经过机器人运动学的关节逆运算计算获得机器人原始的关节数据；
[0024]S4-2、检验关节数据是否符合机器人运动学约束条件；
[0025]S4-3、对关节数据进行运动路径的优化处理，处理各个关节的数据的平滑过渡；
[0026]S4-4、通过机器人运动学的关节正向运算，检查关节数据的正确性，获得最终机器人关节路径数据。
[0027]优选的，在机器人三维虚拟环境中，根据机器人关节坐标路径数据，机器人实现三维模拟、旋转、缩放、移动的基本三维视觉的控制。
[0028]优选的，所述步骤S7中通过人机交互的方式对机器人三维虚拟环境中的机器人关节坐标路径数据进行编辑和修改，所述机器人关节坐标路径数据进行编辑和修改包括对机器人的加工姿态数据进行调整。
[0029]优选的，所述步骤S4中将机器人工作对象的笛卡儿坐标系路径数据转换成各种自由度与外部手持工件工作的机器人关节坐标路径数据。
[0030]本发明的第二目的通过下述技术方案实现:一种机器人运动路径离线编程系统，包括:
[0031]机器人运动学约束条件设定模块，用于设定机器人运动学约束条件；
[0032]机器人工作对象和机器人及其工装三维模型获取模块，用于获取机器人工作对象的三维模型和机器人及其工装的三维模型；
[0033]扫描模块，用于扫描机器人工作对象的三维实体数据；
[0034]机器人工作对象的笛卡儿坐标系路径数据获取模块，用于根据扫描模块扫描的机器人工作对象的三维实体数据，获取到机器人工作对象的笛卡儿坐标系路径数据，然后生成相应的数控代码文件；
[0035]以及带有操作系统的终端，用于构建机器人三维虚拟环境；并且在机器人三维虚拟环境中导入机器人运动学约束条件、机器人工作对象的三维模型、机器人及其工装的三维模型和数控代码文件；然后结合机器人运动学约束条件、机器人及其工装的三维模型和机器人工作对象的三维模型，将机器人工作对象的笛卡儿坐标系路径数据转换成机器人关节坐标路径数据；最后将机器人关节坐标路径数据转换成相应的机器人运动路径程