用于控制机器人加工零件的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本公开的实施例提供一种用于控制机器人加工零件的方法。方法包括：基于加工零件模型的几何形状生成机器人的移动路径；将移动路径分成多个路径点；以及确定多个路径点之间的移动速度，用以驱动机器人按照生成的所述移动路径和所述移动速度加工零件。还提供一种用于控制机器人加工零件的系统。利用根据本公开的实施例的方法和系统，能够实现机器人移动速度的灵活方便地调节，确保复杂曲面形状的零件精确加工。
【专利说明】用于控制机器人加工零件的方法和系统
【技术领域】
[0001]本公开的实施方式总体上涉及一种计算机辅助制造系统，特别地涉及用于控制机器人加工零件的方法和系统。
【背景技术】
[0002]近年来，工业机器人被广泛应用于计算机辅助制造(CAM)中，用于加工制造各种零件。工业机器人在工业生产中能够代替人实现零件的加工作业，例如实现冲压、压铸、热处理、焊接、涂装、抛光、研磨、去毛刺、装配等。工业机器人利用编程系统来进行控制，其利用计算机图形学，在计算机上建立机器人及其工作环境的模型，开发规划算法，通过对模型的控制和操作，对机器人进行轨迹规划、工具调节、进而生成机器人控制程序。利用这种机器人编程系统，机器人按照生成的控制程序进行零件的实际加工，无需人工现场参与，实现零件的自动化制造。
[0003]一般而言，通过机器人编程，得到机器人移动路径，机器人沿着调节的路径移动，从而利用工具来加工零件。然而，这种编程系统存在如下问题。例如，以零件加工为例进行说明，在工业制造中，待制造的零件常常是各种形状的，例如具有设计尺寸的平面、复杂曲面、倒角、转角等构成的复杂几何形状，当利用现有的机器人进行加工时，难以满足加工要求。如何改善当前的工业机器人加工系统，以便实现例如具有复杂曲面或形状的零件加工是亟需解决的技术问题。
【发明内容】
[0004]本公开的目的之一在于改进现有技术的机器人加工零件的系统和方法，以通过操作者的方便操作实现具有复杂形状的零件的加工。
[0005]根据本公开的一个方面，提供一种用于控制机器人加工零件的方法，所述方法包括:基于加工零件模型的几何形状生成机器人的移动路径；将移动路径分成多个路径点；以及确定多个路径点之间的移动速度，用以驱动机器人按照生成的所述移动路径和所述移动速度加工零件。
[0006]根据本公开的一个实施例，所述方法被离线地执行。
[0007]根据本公开的一个实施例，所述多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的待调节的移动速度以图形化的方式显示并且由操作者调节所述待调节的移动速度。
[0008]根据本公开的一个实施例，操作者调节所述待调节的移动速度的方法包括以下方法中的至少一个:输入路径点之间的速度值；点击增大或减小图形化显示的图中的路径点之间的速度值；批量改写移动速度；以及绘制和/或拖拽图形化显示的图中路径点之间的速度曲线。
[0009]根据本公开的一个实施例，在多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为直线的情况下，所述一个路径点与所述另一个路径点之间所包括的路径点的移动速度被优化成同一速度。
[0010]根据本公开的一个实施例，在一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为曲线的情况下，所述一个路径点与另一个路径点之间的移动速度被优化成在同等加工条件下比两个路径点之间的移动路径是直线的情况下的移动速度快。
[0011]根据本公开的一个实施例，所述多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为曲线的状态和所述多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为直线的状态以不同的方式图形化地呈现。
[0012]根据本公开的另一个方面，提供一种用于控制机器人加工零件的系统，所述系统包括:路径生成部件，用于基于加工零件模型的几何形状生成机器人的移动路径；路径分段部件，用于将移动路径分成多个路径点；以及速度调节部件，用于调节多个路径点之间的移动速度；其中所述系统被用以驱动机器人按照生成的所述移动路径和所述移动速度加工零件。
[0013]根据本公开的一个实施例，所述系统相对于所述机器人离线地操作。
[0014]根据本公开的一个实施例，所述速度调节部件以图形化显示所述多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的待调节的移动速度并且由操作者调节所述待调节的移动速度。
[0015]根据本公开的一个实施例，所述速度调节部件包括供操作者调节所述待调节的移动速度的以下部件中的至少一个:输入部件，用于供操作者输入路径点之间的速度值；增减部件，用于供操作者点击增大或减小图形化显示的图中的路径点之间的速度值；批量改写部件，用于供操作者改写路径点之间的移动速度；以及绘制拖拽部件，用于供操作者绘制和/或拖拽图形化显示的图中的路径点之间的速度曲线。
[0016]根据本公开的一个实施例，在多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为直线的情况下，所述一个路径点与所述另一个路径点之间所包括的路径点的移动速度被优化成同一速度。
[0017]根据本公开的一个实施例，在一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为曲线的情况下，所述一个路径点与另一个路径点之间的移动速度被优化成在同等加工条件下比两个路径点之间的移动速度是直线的情况下的移动速度快。
[0018]根据本公开的一个实施例，所述多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为曲线的状态和所述多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为直线的状态以不同的方式图形化地呈现。
[0019]利用本公开的用于控制机器人加工零件的方法和系统，能够实现机器人移动速度的灵活方便地调节，确保复杂曲面形状的零件精确加工。此外，采用图形化的速度调节方式，能够节省调节时间。此外，能够有效减小操作者学习和操作的时间，并且减少了调节错误的可能性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]现将仅通过示例的方式，参考所附附图对本公开的实施例进行描述，其中:
[0021]图1是机器人加工一个示例性曲面零件时的运动轨迹的示意图；
[0022]图2是根据本公开的示例性实施例的离线机器人应用环境的示意图；
[0023]图3是根据本公开的示例性实施例的控制离线机器人操作的方法的流程图；
[0024]图4是根据本公开的示例性实施例的用于控制机器人加工零件的方法的流程图；
[0025]图5是根据本公开的一个实施例的调节移动速度的示例性图示；
[0026]图6是根据本公开的另一个实施例的调节移动速度的示例性图示；
[0027]图7是根据本公开的一个实施例的路径优化的示意图；以及
[0028]图8是根据本公开的一个实施例的编程控制器的配置示意图。
【具体实施方式】
[0029]现将结合附图对本公开的实施例进行具体的描述。应当注意的是，附图中对相似的部件或者功能组件可能使用同样的数字标示。所附附图仅仅旨在说明本公开的实施例。本领域的技术人员可以在不偏离本公开精神和保护范围的基础上从下述描述得到替代技术方案。
[0030]在现有技术中加工的零件的形状各种各样，例如包括对零件的点(如孔、螺纹孔等)、面(如平面、平缓曲面、大曲率曲面等)等的加工时，而传统工业机器人在加工例如大曲率曲面时，在加工的尺寸精度、表面品质方面等都不能令人满意。
[0031]以上述在加工曲面时所面临的问题为例进行说明，图1示出了机器人加工曲面零件时的运动轨迹的示意图。如图1所示，机器人携带刀具20在零件10的表面移动，对零件10进行成型加工，以成形符合设计要求的形状和表面粗糙度。利用传统的离线编程控制器来控制机器人加工零件10时，刀具20的移动速度无法只能设定为固定值，无法进行适当地调节，例如无法像本申请那样进行分段并且在分段的基础上进行批量的均匀增量/减量调节，在这样的情况下，在弯曲部30处，刀具20逐点按照预定轨迹运动，由于弯曲部30较大，刀具需要在弯曲部30处运动一圈才能离开，造成弯曲部30处被刀具加工的时长要大于直线情况下的加工时长，这样弯曲部30处材料去除可能就多与其他部位，从而导致最终加工成品的尺寸不符合要求。
[0032] 申请人:注意到该问题，期望能够调整刀具的运动速度，在加工弯曲部30时，使刀具快速通过弯曲部30，而在直线路径处，使用稍慢的加工速度，这样就能保持零件表面的材料去除量尽可能一样，得到好的零件表面质量。本申请的发明人正是基于这样的发明构思做出了本发明，通过使得操作者能够方便地调节和/或调节刀具(或机器人)的移动速度，从而实现尚品质的零件加工。
[0033]应当理解的是，上述图1所示的加工示例仅仅是示例性的，本公开的上述发明构思不限于零件的加工成型中的速度调节，也可以适用于机器人的各种其它自动化作业中的速度调节，例如冲压、压铸、热处理、焊接、涂装、抛光、研磨、去毛刺、装配等作业中。为了方便起见，以零件加工成型为例进行说明。速度调节的目的也不限于上述通过对移动轨迹中速度的精确控制来实现对零件切削量的精确控制，也可以满足任何其他的工业要求，例如加工效率、零件材料特性、刀具的性质等等。还应当理解的是，本申请的工业机器人可以被实时(或在线)控制，也可以被离线地控制。在实时控制的情况下，对于机器人与控制系统之间的通信要求高，在现场应用中有诸多限制。相较之下，离线机器人应用限制较少，因此而越来越广泛地在工业中应用。本申请的方案不限于机器人的在线控制的情形，也适用于程序编好之后然后导入机器人内的离线机器人的控制的情形。为了方便起见，下面以离线机器人为例进行说明。应当理解的是，这种说明仅仅是示例性的。
[0034]下面结合附图详细说明本公开的【具体实施方式】。
[0035]图2是根据本公开的示例性实施例的离线机器人系统的应用环境的示意图。如图2所示，在步骤S201，设计待加工零件的零件模型并且将零件模型导入离线编程系统。零件模型是设计产品的计算机仿真图，可以在单独地CAD绘图软件中绘制和设计，然后转换成可由离线编程系统的系统环境读取的形式并且导入到离线编程系统；也可以在离线编程系统集成有CAD绘图环境下，直接在离线编程系统内独立设计。离线编程系统与控制对象(例如机器人)直接关联的系统，离线编程系统能够生成可供机器人执行的指令。离线编程系统例如实现为计算机、处理器等软件、硬件及其组合的形式。在离线编程系统内，实现机器人运动的控制算法的离线编程。在步骤S202，将零件模型转换成轮廓曲线，在步骤S203，根据零件模型的曲线生成机器人移动路径。其中，该曲线能用来生成机器人移动路径，当将指令导入到机器人内的存储器或执行器后，机器人将按照该移动路径移动，机器人沿着该移动路径移动，能够生成设计的零件形状。在该离线编程系统内，机器人的加工现场环境完整地建构在离线编程系统中，离线编程系统再现机器人的加工现场，所生成的移动路径与机器人的运动轨迹对应。在步骤S204中，调节机器人的移动速度。为了实现对零件成形，机器人的一段路径可能由成千上万个加工点组成，相邻点构成机器人的最小移动路径，机器人沿着设定的路径逐点移动，根据本公开的发明构思能够实现机器人路径上移动速度地调节，由此能够精确地成形零件。在步骤S205中，将设计好的编程程序转换成机器人可执行的指令，并且在步骤S206中，将指令导入机器人，在机器人启动之后，机器人将沿着设定的路径和速度移动并且利用携带的刀具对零件毛坯进行成型加工。
[0036]图3是根据本公开的示例性实施例的控制机器人操作的方法流程图；图4是根据本公开的示例性实施例的用于控制机器人加工零件的方法的流程图。如图3所示，控制机器人操作的方法，包括:S301离线编程机器人的加工工艺，以及S302将加工工艺的指令导入机器人，驱动机器人按照生成的移动路径和移动速度加工零件。如图4所示，用于控制机器人加工零件的方法包括:S401基于加工零件模型的几何形状生成机器人的移动路径；S402将移动路径分成多个路径点；以及S403确定多个路径点之间的移动速度。
[0037]根据本公开的一个实施例，在将移动路径分成多个路径点时，例如，按照预定的长度来将移动路径平均分割，例如按照2mm的预定长度。在实施例中，该预定长度可以根据实际加工要求的需要进行调节，例如如果加工精度要求高，可以调节为几十微米；在另一个实施例中，例如可以调节为若干厘米。在其他实施例中，可以以预定增量或减量的方式分割移动路径。
[0038]为了实现零件的精确成型加工，在一些实例中，一段路径可能由成千上万个加工点组成，相邻的两个路径点构成一段移动路径。在千上万个加工点的情况下，逐段调节机器人运动速度显然不现实。在此情况下，期望以一种高效便利的方式来确定(或调节、设定)机器人的运动速度。
[0039]根据一个实施例，多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的待调节的移动速度以图形化的方式显示并且由操作者调节待调节的移动速度。图形化的显示方式提供了易于调节的人机界面，直观地显示各移动点的状况，并且可以进行方便地调节或设定。图形化的显示方式例如可以呈现为图、表格或其组合的形式。图不做任何形式的限制，例如可以为直角坐标系的形式，也可以为其他显示形式。例如可以以移动路径立体图的形式呈现，也可以以移动路径按照点的顺序顺次排列的方式呈现，也可以以移动路径在平面的投影图的形式呈现。
[0040]各路径点之间的移动速度值例如可以初始地设定为某一常用值，该数值例如可以根据经验和零件加工要求设定和/或修改。在很多加工情况下，可能该默认地初始值满足实际加工要求。但是，在另外一些情况下(例如曲面加工时)，需要对各路径的速度值进行调节。下面说明实现调节的几个实施例。
[0041]图5是根据本公开的一个实施例的调节移动速度的示例性图示。如图5所示，在示例性实施例中，以直角坐标的形式显示了路径点和速度，以表格或列表的方式示出了路径点和速度的另一种形式。在下面的实施例的说明中，以这种图形化显示方式为例进行说明，但是应当理解，该实施例仅仅是示例性的，可以采用其他图形化显示形式。
[0042]在一个实施例中，在表格或图形显示的速度值可以进行任意修改。操作者可以在选定的路径点和另一个路径点对应的表格内或图形处直接输入速度值，以设定移动速度。
[0043]在另一个实施例中，在表格或图形设置点击按钮，通过点击按钮增大或减小图形化显示的图中的一个路径点和另一个路径点之间的速度值。例如速度值可以以表单的形式预设为若干速度等级，通过点击直接选定速度等级，也可以通过点击来以一定预设值的方式增大或缩小速度值。
[0044]在另一个实施例中，操作者可以批量改写移动速度。例如可以批量选择待调节的多个路径点并且由操作者将多个路径点调节为统一的移动速度。图6是根据本公开的另一个实施例的调节移动速度的示例性图示。如图6所示，操作者可以批量地选择多段路径，然后将多段路径设定为一定的速度值。在一个实施例中，在调节后，直角坐标系里面的速度和表格中的速度同步地改变，以便于操作者观察。
[0045]在另一个实施例中，操作者可以直接绘制路径点之间的速度曲线，和/或拖拽图形化显示的图中的路径点之间的速度曲线。这样的操作更加快速便捷。当然，在图形化界面图中可以配备其他便于操作的绘图工具，或者自动校正部件，以对绘制或拖拽的曲线进行优化。
[0046]根据本公开的一个实施例，在多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为直线的情况下，一个路径点与另一个路径点之间所包括的路径点的移动速度被优化成同一速度。这可以例如通过删除多余的路径点来实现，也可以将多个路径点统一成相同的速度来实现。图7图示了这种情形的一个示例。
[0047]如图7所示，图7的上图示出优化前的移动路径一部分的示意图。图中，移动路径通过不同的迭代方法生成了具有不同速度值的路径段，例如已经被分成三段A1-A3，其中在路径段Al中，速度被设定为10mm/s，且每厘米有3个目标点；在八2中，速度被设定为7mm/s，且每厘米有5个目标点；在A3中，速度被设定为3mm/s，且每厘米有2个目标点。在A1-A3为直线的情况下，路径段A1-A3可以被优化为速度为7.75mm/s，每厘米有3.45个目标点。在经过优化之后，可以提高整体的速度和目标间隙，由此能够提高加工效率。
[0048]根据本公开的一个实施例，在一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为曲线的情况下，一个路径点与另一个路径点之间的移动速度被优化成在同等加工条件下比两个路径点之间的移动路径是直线的情况下的移动速度快。如图1所示，在同样的加工要求的情况下，在对零件10的加工过程中，刀具20移动过曲线部30的移动速度被优化成比移动过直线部(图中的大致水平的部分)的速度快，在这样的情况下，能够使得曲线部30的材料去除更加合理，以确保加工后的成品品质。
[0049]根据本公开的一个实施例，多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为曲线的状态和多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为直线的状态以不同的方式图形化地呈现。在图形化显示时，这样的显示方法，便于操作者识另Ij，有助于提醒操作者进行优化操作。
[0050]根据本公开还提供一种用于控制机器人加工零件的系统，包括:路径生成部件，用于基于加工零件模型的几何形状生成机器人的移动路径；路径分段部件，用于将移动路径分成多个路径点；以及速度调节部件，用于调节多个路径点之间的移动速度；其中所述系统被用以驱动机器人按照生成的所述移动路径和所述移动速度加工零件。
[0051]本公开的用于控制机器人加工零件的系统。该系统可以实现为计算机硬件、功能模块或单元的形式，例如通过计算机执行程序代码的形式实现。该系统能够实现与上述方法同样的技术效果。在一个实施例中，用于控制机器人加工零件的系统被实现为离线控制器的形式。在另一个实施例中，用于控制机器人加工零件的系统被实现为在线控制器的形式。
[0052]图8是根据本公开的一个实施例的离线编程控制器的配置示意图。如图8所示，离线编程控制器包括:路径生成部件801，用于基于加工零件模型的几何形状生成机器人的移动路径；路径分段部件802，用于将移动路径分成多个路径点；以及速度调节部件803，用于调节多个路径点之间的移动速度。
[0053]根据本公开的实施例，速度调节部件803以图形化的方式显示多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的待调节的移动速度并且由操作者调节待调节的移动速度。根据本公开的实施例，速度调节部件包括供操作者调节待调节的移动速度的以下部件中的至少一个:输入部件，用于供操作者输入路径点之间的速度值；增减部件，用于供操作者点击增大或减小图形化显示的图中的路径点之间的速度值；批量改写部件，用于供操作者改写路径点之间的移动速度；以及绘制拖拽部件，用于供操作者绘制和/或拖拽图形化显示的图中的路径点之间的速度曲线。提供多样化的速度调节方式，能够方便操作者根据需要选择调节方式。
[0054]根据本公开的实施例，速度调节部件803还包括速度优化部件。在一个实施例中，在多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为直线的情况下，一个路径点与另一个路径点之间所包括的路径点的移动速度被优化成同一速度。在另一个实施例中，在一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为曲线的情况下，一个路径点与另一个路径点之间的移动速度被优化成在同等加工条件下比两个路径点之间的移动速度是直线的情况下的移动速度快。对于直线移动路径进行优化，有利于加快运动速度，以提高效率。在一些情况下，也可以减慢运动速度，以确保运动精度。对于曲线移动路径进行优化，有助于实现材料的适当加工，实现所要求形状的加工成型。
[0055]根据本公开的实施例，速度调节部件803还包括速度差异化显示部件。在一个实施例中，多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为曲线的状态和多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为直线的状态以不同的方式图形化地呈现。这样的方式便于操作者识别，有助于提醒操作者注意到这种差别，以便采取相应的应对措施。
[0056]通过以上描述和相关附图中所给出的教导，这里所给出的本公开的许多修改形式和其它实施方式将被本公开相关领域的技术人员所意识到。因此，所要理解的是，本公开的实施方式并不局限于所公开的【具体实施方式】，并且修改形式和其它实施方式意在包括在本公开的范围之内。此外，虽然以上描述和相关附图在部件和/或功能的某些示例组合形式的背景下对示例实施方式进行了描述，但是应当意识到的是，可以由备选实施方式提供部件和/或功能的不同组合形式而并不背离本公开的范围。就这点而言，例如，与以上明确描述的有所不同的部件和/或功能的其它组合形式也被预期处于本公开的范围之内。虽然这里采用了具体术语，但是它们仅以一般且描述性的含义所使用而并非意在进行限制。
【权利要求】
1.一种用于控制机器人加工零件的方法，所述方法包括: 基于加工零件模型的几何形状生成机器人的移动路径； 将移动路径分成多个路径点；以及 确定多个路径点之间的移动速度，用以驱动机器人按照生成的所述移动路径和所述移动速度加工零件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法被离线地执行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的待调节的移动速度以图形化的方式显示并且由操作者调节所述待调节的移动速度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，操作者调节所述待调节的移动速度的方法包括以下方法中的至少一个: 输入路径点之间的速度值； 点击增大或减小图形化显示的图中的路径点之间的速度值； 批量改写移动速度；以及 绘制和/或拖拽图形化显示的图中路径点之间的速度曲线。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，在多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为直线的情况下，所述一个路径点与所述另一个路径点之间所包括的路径点的移动速度被优化成同一速度。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，在一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为曲线的情况下，所述一个路径点与另一个路径点之间的移动速度被优化成在同等加工条件下比两个路径点之间的移动路径是直线的情况下的移动速度快。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为曲线的状态和所述多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为直线的状态以不同的方式图形化地呈现。
8.一种用于控制机器人加工零件的系统，所述系统包括: 路径生成部件，用于基于加工零件模型的几何形状生成机器人的移动路径； 路径分段部件，用于将移动路径分成多个路径点；以及 速度调节部件，用于调节多个路径点之间的移动速度； 其中所述系统被用以驱动机器人按照生成的所述移动路径和所述移动速度加工零件。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述系统相对于所述机器人离线地操作。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述速度调节部件以图形化显示所述多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的待调节的移动速度并且由操作者调节所述待调节的移动速度。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述速度调节部件包括供操作者调节所述待调节的移动速度的以下部件中的至少一个: 输入部件，用于供操作者输入路径点之间的速度值； 增减部件，用于供操作者点击增大或减小图形化显示的图中的路径点之间的速度值； 批量改写部件，用于供操作者改写路径点之间的移动速度；以及 绘制拖拽部件，用于供操作者绘制和/或拖拽图形化显示的图中的路径点之间的速度曲线。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的系统，其中，在多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为直线的情况下，所述一个路径点与所述另一个路径点之间所包括的路径点的移动速度被优化成同一速度。
13.根据权利要求8-11中任一项所述的系统，其中，在一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为曲线的情况下，所述一个路径点与另一个路径点之间的移动速度被优化成在同等加工条件下比两个路径点之间的移动速度是直线的情况下的移动速度快。
14.根据权利要求8-11中任一项所述的系统，其中，所述多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为曲线的状态和所述多个路径点中的一个路径点与另一个路径点之间的移动路径为直线的状态以不同的方式图形化地呈现。
【文档编号】G05B19/416GK104483905SQ201410639446
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】董岱蒙, 孔鹏, 毛磊 申请人:Abb技术有限公司