一种六轴磨抛工业机器人离线编程及修正方法
【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及修正方法。
【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》(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： a、在读取六轴抛光打磨机械臂与打磨工具的相对位置时采用的方法是四点法标定打 磨机，（1)实际加工位置是砂带，由于装配过程中的误差会传递到砂带，以及砂轮为柔性，并 非理想状态的形状和尺寸；（2)仿真过程中无法确定加工量；（2)磨抛的水龙头形状各异， 需要不同的夹具，对应的砂轮要求和形状也不一样；（3)夹具和工具以及砂抛机的制造和 安装位置过程中同样会产生误差，这些误差未做修正；（4)磨抛加工是一种面与面接触加 工方式，对于凹凸加工曲面往往需要通过柔性砂带变形完成磨抛，弯曲程序根据实际进行 调整，而这种方法未考虑实际情况；（5)最重要的是砂带和砂轮在长期抛光过程中的变形 都会导致磨削的误差，需要重新标定，这样较为麻烦。
[0004] b、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。但各关节最后得到的转动角度虽然与仿真相同，但其实际运动轨迹会存在多种运 动轨迹，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】
[0005] 本发明提供一种六轴磨抛工业机器人离线编程及修正方法，以解决现有磨抛的离 线编程方法存在仿真过程无法确定加工量，对零部件安装过程会产生误差未做修正，未考 虑实际情况对砂带的弯曲程序进行调整以及砂带变形产生的误差需要重新标定以及实际 运动与仿真运动轨迹存在误差等缺点。
[0006] 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及修正方法，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。
[0007] (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Μ的 边界，对曲面Μ作等距为1mm的等距曲面％，曲面吣上的边界曲线L那为曲线L的等距曲 线；再以曲线L、Q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、Q、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。
[0008] (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？21=(叉21，721，2 21)，经转换后的坐标为卩。/ = (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/，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。
[0009] (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。
[0010] (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Jed, j12, j13, j14, j15, j16),其对应机器人 位置1时的法兰盘中心位置Qi= (hyuZi)，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=(j21，j22, j23, j24, j25, j26)对应的机器人法兰盘中心位置Q2=(x2, y2, z2), 1= (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Μ。
[0011] (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。
[0012] (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。
[0013] (8)、砂带位置的修正：由于实际布局与理论布局存在一定的偏差，需要对布局进 行修正，该修正的主要是针对磨抛工具砂带位置，通过偏移变量法修正砂带的位置。
[0014] 所述修正砂带位置的偏移变量法具体是：在机器人末端法兰盘安装标定工具，编 写标定程序使标定工具沿砂带上下左右运动，在标定程序中添加坐标系变量，根据标定程 序运行情况不断调整所述坐标系变量，得到满意的坐标系变量，即可在三维软件中调整砂 带的位置。
[0015] (9)、位姿和奇异位形的修正：采用四元数线性插补法修正位姿和奇异位形；四元 数线性插补法的公式为：翁:，其中，特殊位姿或者奇异位 形前后的位姿为如％，以及化与92之间的角度为Θ，在qi，q22间插入一定个数的加工点， 加工点的姿态为91，91与q:之间的夹角为t Θ，t=Si/S，t e [0, 1]，加工曲线路径的周长为 S，曲线路径中目标点与初始目标点的弧长为Sp
[0016] (10)、磨抛工作环境的修正：根据步骤（8)获取的砂带偏差量，在三维软件中重新 摆放磨抛机的位置。
[0017] 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： 该发明的离线编程及修正方法，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，同时提高磨 抛加工的均匀性。
【附图说明】
[0018] 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