[发明专利]一种离线编程中的复杂曲面加工轨迹生成方法

说明书

一种离线编程中的复杂曲面加工轨迹生成方法，利用基于STEP标准的NURBS复杂曲面轨迹生成算法生成轨迹，并进行轨迹的可视化；动画仿真前，利用机器人运动学算法预先对生成的轨迹点检测，检测出不可达、轴超限、跳变点等异常点；再利用轨迹姿态修正模块修正异常点，直到所有轨迹点正常，最后利用计算机图形学进行动画仿真，后置代码转换到真机运行。本发明针对机器人加工复杂曲面问题，人工示教工作量大，难度高，效率低等问题给出了一个系统解决方法，具有精度高，速度快，通用性强，仿真可视化效果好的特点，可以广泛适用于复杂曲面加工环境，同时提出的复杂曲面轨迹生成算法精度高，鲁棒性强。

技术领域

本发明属于智能制造和工业机器人离线编程领域，特别涉及一种离线编程中的复杂曲面加工轨迹生成方法。

背景技术

在实际工业制造过程中，工业机器人因其通用性强、灵活度高、占地面积小和工作范围大的特点在越来越来越多应用场景下代替人工，离线编程技术也飞速发展，代替了低效率、低精度、耗时长传统示教编程，但是在许多复杂场景下，离线编程技术还受到限制。像工业生产中常见的叶轮机叶片研磨抛光、汽车表层喷涂以及一些工艺品制造的雕刻都涉及到复杂曲面的加工，而这类加工轨迹主要通过示教编程的方式获得，不仅效率低下，复杂度高，精度低，而且浪费了大量的人力成本。对于复杂曲面加工这类高精度的生产需求，往往需要高精度的复杂曲面轨迹生成技术，这类技术可以通过加工对象的三维模型提取出相应的几何信息与拓扑信息，并且根据实际生产需求，利用相关的曲面轨迹生成算法自动地生成机器人的加工路径，可以很好地满足这种复杂且精度高的加工任务。

发明内容

为了克服现有离线编程技术在复杂曲面加工需求下的不足，本发明的目的在于提供一种离线编程中的复杂曲面加工轨迹生成方法，实现多种工业场景下高精度的复杂曲面轨迹加工。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种离线编程中的复杂曲面加工轨迹生成方法，包括：

步骤1：利用复杂曲面轨迹生成算法初步生成机器人加工轨迹；

步骤2：对步骤1中生成的机器人加工轨迹进行检测，找出机器人运动学中的异常点；

步骤3：对步骤2中找出的异常点进行修正；

步骤4：利用多线程技术进行对异常点修正后的加工轨迹在离线编程软件中进行虚拟仿真；

步骤5：仿真成功后进行后置代码转换到真实环境中运行。

所述步骤1中，利用基于STEP标准的NURBS复杂曲面轨迹生成算法初步生成机器人加工轨迹，包括如下子步骤：步骤1.1：获取待加工曲面，其属于基于STEP标准的NURBS曲面；步骤1.2：提取所述待加工曲面的几何信息及拓扑信息；步骤1.3：定义约束面、原点坐标、法向正方向、参数范围以及初始平移的间距，采用基于曲率的截面法生成待加工曲面所有轨迹点的位置坐标；步骤1.4：对轨迹点进行插补，得到轨迹的姿态信息，用欧拉角表示；步骤1.5：按照加工次序连接所有生成的轨迹点，并设置轨迹点的运动模式，将第一个轨迹点的运动模式设计为关节空间运动“MOVJ”，其余轨迹点的运动模式设置为笛卡尔空间直线运动“MOVL”。

所述步骤1.2中，先提取实体信息，然后再提取几何信息和拓扑信息，其中实体信息的提取步骤如下：步骤1.2.1：读取STEP模型文件中一行的字符串；步骤1.2.2：判断是否含有字符“#”，如有则至步骤1.2.3，否则执行步骤1.2.5；步骤1.2.3：采用字符串分割算法分割当前字符串，每行的字符串均进行分割，分割的具体步骤如下：