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。
[0042] 参照图8,在三维软件中对砂带或者砂抛轮上建立的工具坐标系跟实际砂带或者 砂抛轮相同位置建立的工具坐标系存在偏差，从而导致磨抛的轨迹与理想的不一样。离线 编程中根据砂带上的特征点建立的工具坐标系为L，S为实际砂带上同样特征点建立的工 具坐标系。两个坐标系之间存在着一定的偏差，通过本实验的方法测定出这两个坐标系间 的偏差值，通过在Solidworks修正砂带或者砂抛轮的位置。
[0043] 参照图9,砂带修正标定的步骤可以描述为：①机器人末端法兰盘上安装标定工 具1 ;②在Solidworks软件中利用三点法在实体的特殊点处建立工件坐标系以及工具坐标 系；③对标定工件沿砂带2上下左右进行离线编写一段标定程序；④在程序中添加坐标系 变量(ΛΧ，ΛΥ，ΛΖ，ARX，ARY, ARZ)和相关指令类似于：
其中ΛΧ，ΛΥ，ΛΖ，ARX，ARY, ARZ均是坐标系变量。
[0044] ⑤将编写好的程序导入示教器中并运行标定程序的情况，如图8所示；⑥通过不 断修改变量重新运行程序，直至实际工具坐标系与离线编程中的工具坐标系重合；⑦根据 示教器上显示的偏差值在Soliworks调整工作环境的布局。
[0045] 九、位姿和奇异位形的修正 采用四元数线性插补法对特殊位姿和奇异位形进行修正，采用四元数四元数q (X，y， Z，S)代替齐次矩阵表示姿态，其具体步骤： 如图10所示，特殊位姿或者奇异位形前后的位姿为qi、q2，以及^与q2之间的角度为 Θ，在qp q2之间插入一定个数的加工点，加工点的姿态为q ;，。;与q i之间的夹角为t Θ， t=Si/S，te [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 Si，则当前qi的姿态的四元数为：
十、磨抛工作环境的修正 根据步骤八获取的砂带偏差量，在三维软件中进行重新摆放砂抛机的位置。
[0046] 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及修正方法，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； (8) 、砂带位置的修正：通过偏移变量法修正砂带的位置； (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； (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。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及修正方法，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％，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、1^2上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及修正方法，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及修正方法，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？。1=(叉。1，7。1，2。1)、？ 11=(叉11，711，211)和？21=(叉 21，721，221)，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/，y:，z3/ );则其齐次矩阵！\是：其中第i点的齐次矩阵!\为：5. 如权利要求1所述的一种六轴磨抛工业机器人离线编程及修正方法， 其特征在于，所述步骤（5)的具体过程如下：根据步骤（4)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), Jed, 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。6. 如权利要求1所述的一种六轴磨抛工业机器人离线编程及修正方法，其特征在于， 所述步骤（8)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。7. 如权利要求1所述的一种六轴磨抛工业机器人离线编程及修正方法，其特征在于， 所述步骤（9)四元数线性插补法的公式为，其中，特殊 位姿或者奇异位形前后的位姿为qi、q2，以及化与q2之间的角度为Θ，在q pq2之间插入一 定个数的加工点，加工点的姿态为qu 91与q:之间的夹角为t Θ，t=Si/S，t e [〇, 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
【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及修正方法，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、砂带位置修正、位姿和奇异位形修正以及磨抛工作环境的修正。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。
【IPC分类】G06F17/50, B25J9/06
【公开号】CN105269565
【申请号】CN201510718150
【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1月27日
【申请日】2015年10月30日