一种六轴磨抛工业机器人离线编程方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及抛光领域，具体涉及一种六轴磨抛工业机器人离线编程方法。
【背景技术】
[0002] 随着工业自动化的不断发展，人们开始关注工业机器人的应用，机器人技术的发 展正逐步代替人从事各种生产作业，使人类从繁重的、重复单调的、有害健康和危险的生产 作业中解放出来。磨抛领域也正逐渐采用工业机器人进行磨抛，目前在工业生产中对工件 抛光工作通常由人工完成，存在抛光质量不稳定、精度不高，人工成本高、生产效率低等缺 点，工作单调重复、抛光噪音和粉尘严重影响工人的健康。因此，提供一种用于磨抛的离线 编程技术方法是十分有必要的。
[0003] 现有的离线编程方法普遍存在操作过程繁琐，结果不精确的问题，例如中国发明 专利《一种实现六轴抛光打磨机械臂离线编程的方法和装置K公开号103692320A)，公布了 一种为离线编程软件快速生成打磨程序用于复杂曲面的打磨，所述方法包括：在离线编程 软件中标定六轴抛光打磨机械臂与打磨工具的相对位置；生成打磨轨迹点；建立系统的三 维模型并将三维模型进行格式转换；将已转换格式的三维模型导入离线编程软件以及将打 磨轨迹点导入已转换格式的三维模型；根据六轴抛光打磨机械臂与打磨工具的相对位置、 打磨轨迹点以及已转换格式的三维模型，生成打磨程序。该方法存在的问题是： 在运动学仿真过程中，根据打磨点与打磨轨迹点的重合，计算得到各关节的转动角度。 将各关节转动角度导入进行关节运动，而实际加工过程中除磨抛前后采用关节运动，其余 加工过程中均采用线性运动。因此，该方法的仿真运动轨迹无法得到全部的实际运动轨迹 情况。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种六轴磨抛工业机器人离线编程方法，以解决现有磨抛的离线编程 方法存在的仿真运动轨迹无法得到全部的实际运动轨迹情况等缺点。
[0005] 本发明所采用的技术方案是： 一种六轴磨抛工业机器人离线编程方法，包括以下步骤： (1)、建立模型：先通过三维软件建立磨抛系统的三维模型，该磨抛系统包括机器人、磨 抛机、工件以及相应的夹具，然后在三维软件上完成磨抛系统工作环境的布局。
[0006] (2)、提取工件加工路径信息：利用极限等距法结合三维软件二次开发获取工件 加工几何信息数据，该数据包括加工点的位置、法向矢量、副法向矢量以及切向量方向上的 点，建立一系列加工点坐标系的三组一系列点三维坐标； 极限等距法具体如下：在工件加工曲面上规划出要加工的曲线L，以曲线L作曲面M的 边界，对曲面M作等距为1mm的等距曲面M1，曲面M1上的边界曲线L那为曲线L的等距曲 线；再以曲线L、L 1作曲面M2，同样作等距为1mm的等距曲面M3, 1^即为曲线L的另一边等 距曲线；在曲线L、L2上进行均匀取若干数量的点。上述三维软件二次开发的内容为能 够快速获得大量点坐标值的三维软件的插件。
[0007] (3)、点数据处理：由获得的工件加工几何信息数据进行坐标转换，并以这三组点 求出另一组点，之后建立齐次矩阵，如步骤（2)中获得的建立加工点坐标系三个点坐标分 别？。1 =(叉。1，7。1，2。1)、？11=(叉11，7 11，211)和卩21=(叉21，721，2 21)，经转换后的坐标为？。/ = (x01'，y01'，z01'）、Pn' = (xn'，yn'，zn'）和 P2/ = (x21'，y21'，z21'）， 根据向量积原理求出另一个点匕/ =(x3/，y3/，z:);则其齐次矩阵！\是：
根据加工点数据配置要求，加工曲面、曲线需离散为指 定数量的点，并获取到所有的数据信息；上述齐次矩阵设定的离散点数为n，对于其中第i 点的齐次矩阵!\为：
这些信息数据储存在相应文件里，等 待下一步处理。
[0008] (4)、生成机器人加工运动关节角：根据步骤（3)处理后获取的数据信息，通过逆 运动学算法生成机器人磨抛加工运动对应的机器人运动关节角数据。
[0009] (5)、生成机器人加工运动轨迹：根据步骤（4)获取的机器人磨抛加工运动关节角 数据，通过三维软件二次开发导入到三维软件中生成机器人运动轨迹特征点及轨迹；以三 个磨抛点为例，根据步骤（4)得到的运动关节角J 1=U11, j12, j13, j14, j15, j16),其对应机器人 位置I时的法兰盘中心位置Q1= (XDy1^1)，在空间3D草图中记录当前法兰盘中心位置； 依次类推记录J 2=U21, j22, j23, j24, j25, j26)对应的机器人法兰盘中心位置Q2=(X2, y2, Z2), Ji= (jii, ji2, ji3, ji4, ji5, ji6)对应机器人法兰盘中心的位置Qi= (Xi, yi, Zi)，采用直线将这些特 征点连接起来形成磨抛加工轨迹M。
[0010] (6)、机器人磨抛加工运动仿真：在三维软件中，导入步骤（5)得到的机器人加工 运动轨迹，设置机器人运动过程中的所有关节角，并结合条件仿真对各磨抛曲面按一定时 间条件对磨抛加工运动轨迹进行约束，最后进行仿真验证整个离线编程。
[0011] (7)、生成机器人运动关键参数转换模块和代码：将相关坐标系的齐次矩阵转换成 其他空间姿态描述形式，在转换完之后，根据选择对应的机器人厂家，按照该机器人厂家的 运动控制程序代码编写的语言规则进行生成相应的程序文件。
[0012] 由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点： 该发明的离线编程方法，使六轴磨抛工业机器人离线编程过程简化，具有实用性，能够 快速生成应用于磨抛具有复杂表面工件的六轴磨抛工业机器人程序。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明实施例的流程示意图； 图2为本发明实施例的路径规划流程示意图； 图3为本发明实施例利用等距曲面原理建立加工曲面坐标系的示意图； 图4为本发明实施例各坐标系转换关系示意图； 图5为本发明实施例加工点坐标系齐次矩阵建立流程示意图； 图6为本发明实施例确定离线编程关键参数的流程示意图； 图7为本发明实施例机器人加工运动轨迹规划示意图。
【具体实施方式】
[0014] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。
[0015] 本实施例是基于Solidworks这一三维软件实现一种六轴磨抛工业机器人离线编 程方法，参照图1，包括以下十个主要步骤： 一、建立模型 模型建立的第一部分是通过三维软件Solidworks建立磨抛系统的三维模型，该磨抛 系统的三维模型包括一台六轴工业机器人、由四台砂抛机组成的一套砂抛机组、一个水龙 头工件和对应的夹具；模型建立的第二部分是根据实际加工图纸，确定各部分之间的相对 位置尺寸，在三维软件上完成磨抛系统工作环境的布局。
[0016] 二、提取工件加工路径信息：利用极限等距法结合三维软件Solidworks二次开发 获取工件加工几何信息数据(包括加工点的位置、法向矢量、副法向矢量和切向量方向上的 点)，进而建立一系列加工点坐标系的三组一系列点三维坐标。
[0017] 参照图2,在路径规划过程中，首先，选取待加工曲面，在其上规划刀位曲线，利用 极限等距法结合三维软件的二次开发功能插件a程序得到加工点的法向矢量N、副法向矢 量T，进而得到建立加工点的齐次位姿矩阵的数据。
[0018] 参照图3,利用等距曲面原理对加工路径曲线进行处理，其中极限等距法为：在工 件加工曲面上规划出要加工的曲线L，以曲线L作曲面M的边界，对曲面M作等距为1mm的 等距曲面M 1，曲面M1上的边界曲线L卿为曲线L的等距曲线；再以曲线L、L i作曲面M2，同 样作等距为1mm的等距曲面M3，LjP为曲线L的另一边等距曲线；在曲线L、L ^!^上进行均 匀取一定数量的点。
[0019] 上述三维软件二次开发功能插件a的内容为：能够快速获得大量点坐标值的三维 软件的插件。
[0020] 三、点数据处理：由获得的工件加工几何信息数据进行坐标转换，并以这三 组点求出另一组点，之后建立齐次矩阵，比如获得的建立加工点坐标系三个点坐标分 别？。1 =(叉。1，7。1，2。1)、？11=(叉11，7 11，211)和卩21=(叉21，721，2 21)，经转换后的坐标为？。/ = (x01'，y0