[发明专利]控制机器人切割工件坡口的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及切割技术领域，尤其涉及一种采用机器人切割工件坡口的方法及装置。

背景技术

需要进行钢板板材工件二次坡口切割加工的客户工厂主要分布在煤矿机械、工程机械、锅炉、造船、海工和压力容器等制造业，目前，在我国海工、钢结构、造船、工程机械、压力容器等单件小批量生产型行业内，传统的板材坡口工件(以下简称工件)均采用手工切割制作，不仅工期没有保障，而且表面粗糙度大。

近年来，工业机器人的工厂应用已被人们普遍认同，成为企业竞争的重要手段。从上述行业的应用现状来看，工业机器人的应用尚处在起步阶段。即大量购入机器人本体，采用繁琐的手工示教方式。示教式机器人切割过程为：由操作人员现场(在线)手持机器人示教器，目测并不断在示教器输入操作，指挥机器人沿工艺路径逐点选取存储，完成示教编程。

示教式机器人切割的缺点在于:对一些比较繁琐的工艺路径“示教式编程”非常麻烦，不仅操作人员劳动强度大、费时费力，而且恶劣的操作环境对操作者的健康也造成一定的影响；示教编程的精度完全由示教者的经验目测决定,尤其对于复杂路径示教精度更差。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种控制机器人切割工件坡口的方法及装置，用以解决现有示教式机器人编程切割所存在的费时费力且精度差等问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种控制机器人切割工件坡口的方法，包括：

在CAD中读取二维图形设计文件并对文件中的工件设置坡口特征；

打开设置好坡口特征的工件图形文件，利用预先建立或者已有的机器人模型以及选定的机器人路径，计算得到该路径每一点对应的机器人各关节的关节变量并据此生成对应的机器人离线数据代码；

将生成的机器人离线数据代码传输到机器人控制器中，从而控制机器人完成板材工件的坡口切割。

进一步地，还包括：

对该机器人离线数据代码进行计算机模拟、仿真和防碰撞数据验证后再传输到机器人控制器中。

进一步地，具体包括：

在CAD中，打开已有的工件二维图形或者对工件进行二维图形设计；

利用对CAD的二次开发，输入坡口高度及角度参数后，在CAD中选取所有具有此坡口特性的工件切割边，完成具有该坡口特征切割边的设置；依次设置完工件的所有坡口特征后，将此带有坡口特征的工件设计文件进行保存。

进一步地，具体包括：

根据机器人模型的基本参数、机器人位置的表示形式、机器人工具参数以及工具方向、机器人安装形式、机器人基座相对于切割工件底面的高度及其他相关参数，生成并保存机器人模型。

进一步地，在生成机器人离线数据代码之前需要用户对工件坡口的切割方式进行设定，从而根据不同工件的切割方式产生不同的机器人工作路径。

进一步地，在机器人工作路径产生后，根据在工件坐标系下机器人路径各点的坐标，该路径的路径方向，该路径的坡口角度，计算该路径上每一点的机器人直角坐标空间的位姿，以及各关节的旋转角度；

通过采用齐次坐标变换来描述机器人机械手各关节坐标之间以及被切割加工工件与机器人之间的关系。

进一步地，机器人在完成工件坡口的切割过程中，末端的切割头始终沿着工件坡口边的方向运动，并且切割头与工件上平面坡口边所形成的夹角为设定的工件坡口角度，如此就得到了机器人末端在工件坐标系下的位姿；

将工件坐标系下路径中各点的坐标及位姿转化为机器人基坐标系下的坐标及位姿；

根据机器人基坐标系下各点的坐标及位姿，解机器人逆运动学方程求出机器人各关节的旋转角度即关节变量。

进一步地，解逆运动学方程的解，即已知机器人末端相对于机器人基坐标系直角坐标空间的位姿T6，求出关节变量θ_n，具体过程包括：

由于T6＝A1A2A3A4A5A6，根据机器人关节坐标设置确定A_n(n＝1，2，3，4，5，6)，A_n为第n关节相对于n-1关节坐标的齐次坐标变换，即