1'，z01'）、Pn' =(xn'，yn'，zn'）和 P2/ =(x21'，y21'，z21'），根 据向量积原理求出另一个点P 3/ =(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；比如上述齐次矩阵设定的离散点数为Π ，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。
[0021] 参照图4, 一般六自由度工业机器人的编程直线运动指令中的数据划分到5个空 间坐标系内，即：大地坐标系O-XYZ、法兰盘上的坐标系（即初始TCP坐标系W 1-X1Y1Z1、工 件坐标系O2-X 2Y2Z2、加工点坐标系O1-X1Y 1Z1和工具坐标系03-Χ3Υ3Ζ 3。
[0022] 由于5个坐标系的原点0是不重合，所以存在着坐标平移；对应坐标轴也并不平 行，对应坐标轴之间存在旋转角。大地坐标系和法兰盘上的坐标系是机器人固有的，而工具 坐标系、工件坐标系以及加工点的坐标系是根据对工件的加工工艺分析进行建立的用户坐 标系。因此必须将工具坐标系、工件坐标系和加工点坐标系转换成以大地坐标系和法兰盘 坐标系为母坐标系表示的坐标系，根据机器人、工件和抛光机直接的位置，得到出5个坐标 系之间的数学转换关系。
[0023] 大地坐标系：机器人安装的位置建立的坐标系，是其他的坐标系的基准。
[0024] 法兰盘上的坐标系：机器人末端执行器法兰盘上的建立的坐标系，他的姿态是机 器人各轴运动的结果，用于计算各轴的关节角，且是安装在法兰盘上的工件或者工具的母 坐标系。
[0025] 工件坐标系：一般是工件模型的几何中心，是建模的基准，是加工点坐标系的母坐 标系。
[0026] 加工点坐标系：对规划出的加工点建立坐标系，用于与工具坐标系重合，一般它的 Z轴是加工表面的法向量。
[0027] 工具坐标系：根据加工的工艺不同，其位置也不同，如砂抛机，其位置是可以在砂 带的任意位置。
[0028] 参照图5,在Solidworks平台上建立工件的三维模型，并在模型上建立参考坐标 系以及建立加工点坐标系所需的相关曲线，再对相关曲线进行离散化处理，最后通过点坐 标输出插件实现加工点的几何信息的提取，几何信息以齐次矩阵表示和保存。
[0029] 四、生成机器人加工运动关节角 根据步骤三获取加工工件的几何信息处理后的数据，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。
[0030] 参照图6,建立工具坐标系以及工件坐标系，确认机器人执行器握着的工件，以 ::霸_-_丨为计算公式(其中T为机器人法兰盘坐标系、Tl为工具坐标系、T2为工件坐标系、 _为加工点坐标系)，选择要加工的曲线并记录曲线上的点数η和计算第一个加工点i=l， 计算出TCP的转换矩阵T，得到各组关节角，判断各个关节角是否在角度范围，如此循环，得 到η组关节角组解及轴配置供选择，从i=l开始比较相邻两角并选出最接近(可以相同）的 轴配置，最终得到η组确定的点参数，输出结束。
[0031 ] 五、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solidworks二次开发功能 插件b导入到solidworks三维软件中生成机器人运动轨迹特征点及轨迹。
[0032] 参照图7,以三个磨抛点为例，根据步骤四得到的运动关节角 Jl=(jll，jl2, ·??3, ·??4, L，·??6)，其对应机器人位置1时的法兰盘中心位置Ql= (Xl，yi，Z1)，在 空间3D草图中记录当前法兰盘中心位置；依次类推记录J2=(j 21, j22, j23, j24, j25, j26)对应的 机器人法兰盘中心位置Q2= (x2, y2, Z2), J3=(j31, j32, j33, j34, j35, j36)对应机器人法兰盘中心 的位置Q3= (x3, y3, z3)，采用直线将这些特征点连接起来形成磨抛加工轨迹Μ。
[0033] 六、机器人磨抛加工运动仿真 在三维软件中，导入步骤五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， 最近进行仿真验证整个离线编程。
[0034] 七、生成机器人运动关键参数转换模块和代码 将相关坐标系（加工点坐标系、工件和工具坐标系）的齐次矩阵转换成其他空间姿态描 述形式(如四元数、欧拉角），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。
[0035] 上述仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此 构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
【主权项】
1. 一种六轴磨抛工业机器人离线编程方法，其特征在于，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； (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； (3) 、点数据处理：将步骤（2)中获取的工件加工几何信息数据进行坐标转换，并根据 向量积原理以这三组点求出另一组点，之后建立齐次矩阵获取所有的数据信息，该数据信 息储存在相应文件里； (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； (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； (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； (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。2. 如权利要求1所述的一种六轴磨抛工业机器人离线编程方法，其特征在于，所述极 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Μ的边界， 对曲面Μ作等距为1mm的等距曲面吣，曲面吣上的边界曲线。即为曲线L的等距曲线；再 以曲线作曲面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、Q、L』进行均匀取若干数量的点。3. 如权利要求1所述的一种六轴磨抛工业机器人离线编程方法，其特征在于：所述三 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。4. 如权利要求1所述的一种六轴磨抛工业机器人离线编程方法，其特征在于，步 骤（3)的点数据处理具体包括：步骤（2)获得的建立加工点坐标系三个点坐标分别为 Ρ〇ι= (χ〇ι，y〇i，Z(")、Pn= (xn,yn,zn)和P21= (x21,y21,z21)，经转换后的坐标为P。/ = (x01'，y01'，z01'）、Pn' = (xn'，yn'，zn'）和P21' = (x21'，y21'，z21'）， 根据向量积原理求出另一个点匕/ =(x3/，y:，z3/ );则其齐次矩阵！\是：
【专利摘要】本发明公开了一种六轴磨抛工业机器人离线编程方法，具体包括建立模型、提取工件加工路径信息、点数据处理、生成机器人加工运动关节角、生成机器人加工运动轨迹、机器人磨抛加工运动仿真、生成机器人运动关键参数转换模块和代码。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。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105302959
【申请号】CN201510717822
【发明人】傅高升, 李俊达, 林少丹, 陈鸿玲, 成楚楚, 黄建全
【申请人】福建长江工业有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年10月30日