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； 图8为本发明实施例实际与理论工具坐标系的偏差示意图； 图9为本发明实施例实际运行标定程序的示意图； 图10为本发明实施例四元数线性插补原理示意图。
【具体实施方式】
[0019] 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。
[0020] 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 程及修正方法，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。
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 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Μ的边界，对曲面Μ作等距为1mm的 等距曲面I，曲面吣上的边界曲线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 i、L2l进行均 匀取一定数量的点。
[0024] 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。
[0025] 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？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P3/ =(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。
[0026] 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0-ΧΥΖ、法兰盘上的坐标系（即初始TCP坐标系、工 件坐标系〇2-x2Y2z2、加工点坐标系Oi-XJA和工具坐标系0 3-x3Y3z3。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 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 Ζ轴是加工表面的法向量。
[0032] 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。
[0033] 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。
[0034] 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。
[0035] 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 为计算公式(其中τ为机器人法兰盘坐标系、1\为工具坐标系、t2S工件坐标系、 :__野_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。
[0036] 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。
[0037] 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,心，·?16)，其对应机器人位置1时的法兰盘中心位置Ql= (Xi，yi，Zq)，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), 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。
[0038] 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。
[0039] 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。
[0040] 八、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。
[0041] 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