一种折弯上下料机器人轨迹自主生成方法与流程

本发明涉及钣金折弯技术领域，特别涉及一种折弯上下料机器人轨迹自主生成方法。

背景技术：

钣金折弯工艺是制造业常见的制造工艺，应用于汽车、电子、五金等多种行业。由于钣金折弯的产品种类多样，因此，对自动化上下料系统的适应性要求较高。此外，由于折弯过程中，金属产生折弯，变形等因素，导致零件尺寸发生变化，从而难以准确跟随金属板上的某一定点的运动。上述因素给实现机器人辅助上下料带来极大不便。

专利号为zl201410614071.0，名称为“机器人折弯实时跟随方法及其装置”中提出一种机器人折弯实时跟随方法，通过计算刀位点生成机器人关节角的方式实现折弯过程的轨迹生成，该方法难以考虑折弯过程中的变形等因素的影响。

专利号为zl201711469231.7，名称为“一种基于板料拉伸变形的机器人折弯精度补偿方法”，通过近似计算获得拉伸变形，从而补偿误差提高轨迹生成精度。由于实际中各工艺的拉伸变形变化较大，因此该方法的工艺适应性不高。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种无需手动编程，自主训练、精密高效的折弯上下料机器人轨迹自主生成方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种折弯上下料机器人轨迹自主生成方法，包括以下步骤：

步骤a、测量获取折弯机几何尺寸，包括h1模口高度，h2抬模高度，b模口宽度，测量获取板长l参数；

步骤b、运行折弯机，通过位置信号输入接口采集折弯机动模的位置信号获取折弯动模的位移检测轨迹，

步骤c、获取机器人末端在折弯开始点处且在折弯坐标系下的位姿(lr,h1,0,a0,b0,c0)，计算机器人理论轨迹；

步骤d、机器人的理论抓取中心点与实际中心点的位置偏差校正。

上述技术方案所述步骤c中，折弯坐标系以系统的三个特征确定，即折弯机底平面a、机器人基座中心点or和折弯机动模接触线lm；将lm垂直投影到平面a上获得lm’，作机器人基座中心点or在平面a上关于lm’的垂线为x轴，垂点为原点，竖直向上为y轴，根据右手法则确定坐标系xora，lr为机器人末端在折弯开始时刻距折弯坐标系原点距离，即折弯开始点在折弯坐标系x方向的坐标。

上述技术方案所述步骤c中，根据动模位置及折弯机、板长几何参数，计算可得t时刻上下料中心点ptcp理论位置为：

在折弯跟随过程中，机器人只绕折弯坐标系z轴旋转α角度，不绕x，y轴旋转，其中，ym(t)为t时刻动模上模点位置。

上述技术方案所述步骤d中，通过用于测量跟随过程中末端执行器的力和力矩的变化情况的力传感器来检测拉扯力，修正理论位置，减小机器人的理论抓取中心点与实际中心点偏差；具体为：

通过力传感器测量折弯过程中末端力矩信号轨迹，理论抓取中心点即机器人理论工具坐标系原点与实际工具坐标系原点间存在旋转和平移，机器人理论工具坐标系与实际工具坐标系之间的坐标变换矩阵为

力/力矩与变形的关系为f＝ktδ，m＝krε

其中，kt，kr为金属板的拉伸和扭转变形刚度，f，m为折弯过程中的接触力，

对测量的接触力轨迹f(t)，m(t)，计算可得t时刻轨迹修正量

进而实现对机器人轨迹点的修正，修正后的轨迹为：

采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：

(1)本发明无需手动编程，自主训练，减少编程工作量。

(2)减少机械臂与板件间的切向拉扯力，提高加工精度。精密高效，折弯的拉伸变形量少。

(3)工艺柔性好，针对不同类型、材质、尺寸板件都能达到良好折弯效果。

(4)减少工序前期工作量，对机械臂位置摆放、前期标定、调试等要求低，实现误差自适应补偿。

(5)获得加工过程受力信息，可对加工效果做出进一步判断，改进折弯工艺方法，提高加工质量。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的折弯机辅助上下料系统示意图；

图2为本发明的折弯机相对位置关系示意图；

图3为本发明的折弯机理论坐标系统与实际坐标系关系示意图；

图4为本发明的轨迹生成流程图。

具体实施方式

(实施例1)

见图1至图4，本发明具有折弯上下料机器人系统，该折弯上下料机器人系统包括用于接入折弯机动模的位置的信号位置信号输入接口和用于测量跟随过程中末端执行器的力和力矩的变化情况的力矩传感器。

一种折弯上下料机器人轨迹自主生成方法，包括以下步骤：

步骤a，测量获取折弯机几何尺寸，包括h1模口高度，h2抬模高度，b模口宽度等，测量获取板长l等参数。

步骤b，运行折弯机，采集折弯机动模的位置信号获取折弯动模的位移检测轨迹。可使用光栅尺等采集折弯机动模的位置信号。

步骤c，获取机器人末端在折弯开始点处在折弯坐标系下的位姿(lr,h1,0,a0,b0,c0)，计算机器人理论轨迹。折弯坐标系以系统的三个特征确定，即折弯机底平面a，机器人基座中心点or，折弯机动模接触线lm。将lm垂直投影到平面a上获得lm’，作机器人基座中心点or在平面a上关于lm’的垂线为x轴，垂点为原点，竖直向上为y轴，根据右手法则确定坐标系xora。lr为机器人末端在折弯开始时刻距折弯坐标系原点距离，即折弯开始点在折弯坐标系x方向的坐标。

根据动模位置及折弯机、板长几何参数等，计算可得t时刻上下料中心点ptcp理论位置为：

在折弯跟随过程中，机器人只绕折弯坐标系z轴旋转α角度，不绕x，y轴旋转，其中，ym(t)为t时刻动模上模点位置。

步骤d，修正ptcp理论位置。机器人上料，运行折弯机，使机器人按理论ptcp轨迹运行。由于机器人基坐标系与坐标系xora之间存在误差，金属板在折弯过程中存在变形。同时，机器人加减速特性与折弯机加减速特性存在偏差。上述原因会导致机器人对金属板存在拉扯，导致机器人的理论抓取中心点与实际中心点存在偏差。可通过力传感器来检测拉扯力，修正理论位置，减小机器人的理论抓取中心点与实际中心点偏差。

通过力传感器测量折弯过程中末端力矩信号轨迹。理论抓取中心点即机器人理论工具坐标系原点与实际工具坐标系原点间存在旋转和平移，如图4所示。机器人理论工具坐标系与实际工具坐标系之间的坐标变换矩阵为

力/力矩与变形的关系为f＝ktδ，m＝krε

其中，kt，kr为金属板的拉伸和扭转变形刚度。f，m为折弯过程中的接触力。

对测量的接触力轨迹f(t)，m(t)，计算可得t时刻轨迹修正量

进而实现对机器人轨迹点的修正，修正后的轨迹为：

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。