一種基於nc代碼的工業機器人軌跡規劃方法
2023-05-02 15:32:16 2
專利名稱：一種基於nc代碼的工業機器人軌跡規劃方法
技術領域：
本發明涉及一種機器人軌跡規劃方法，尤其涉及一種以通用NC代碼為工作語言的機器人軌跡規劃方法。
背景技術：
眾所周知，數控技術經過幾十年的發展，不管是在發達國家還是在發展中國家的製造業中都佔有舉足輕重的地位。NC代碼作為數控工具機的工作語言已經在全球範圍內各大數控系統製造商中形成共識，NC代碼的來源也變得異常廣泛，除了現有主流CAM軟體諸如MasterCAM、UG、Pro/e等外，國內外很多學者都開發專用系統在特殊環境下獲得NC代碼， 《工具機與液壓》在2010年第16期的《基於VC++的NC代碼自動生成程序開發》一文就闡述了如何從DXF文件中提取信息並將其轉化成NC代碼。目前國內外主流工業機器人品牌有瑞士的ABB，德國的KUKA，日本的川崎、FANUC, 安川，我國以蔣新松院士為首的瀋陽自動化研究所研發的新松機器人等，各個品牌的機器人都有各自的工作語言，這些工作語言是不能通用的，並且掌握起來比較困難。如果能將NC 代碼作為機器人工作語言，那麼將是對工業機器人產業化的巨大推動。國內外對工業機器人以NC代碼作為工作語言也略有有研究。《機器人學》第26卷第6期《基於G代碼的工業機器人的自動編程》一文中，上海交通大學劉為志先生主要著重介紹了圓弧的插補，並且順利應用在典型的工業機器人Motoman UP6上。在The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2005 年第 26 卷中載有希臘人 S. Mitsi 的一篇文章 Off-Iing Programming of an Industrial Robot For Manufacturing,該篇文章介紹了作者開發的一套機器人離線編程系統，該系統就有軌跡規劃、仿真和NC代碼生成模塊，並可將該系統生成的NC代碼作為機器人工作語言輸入到機器人控制系統來控制機器人完成任務。美中不足的是，該系統產生的NC代碼專用性較強，並不是通用NC代碼，所謂通用NC代碼，是指製造業通常使用的NC代碼，經過後處理可以直接由CAM生產的代碼，由於專用性限制，該系統產生的NC代碼不能在現行三軸或五軸工具機上運行。基於以上的闡述，開發一套摒棄現有工業機器人編程模式，並以通用NC代碼作為其工作語言的機器人系統也就非常有必要，而本發明專利涉及的正是基於NC代碼工業機器人的軌跡規劃。
發明內容
本發明要解決的問題是現有機器人工作語言種類多，使用多較為複雜，為了充分利用NC語言的通用性和易獲得性，本發明的目的是以現行廣泛應用的NC代碼為機器人工作語言的來實現工業機器人的抓取、焊接、噴漆、輕量切削等基本功能。本發明的技術方案為一種基於NC代碼的工業機器人軌跡規劃方法，工業機器人的末端工具為固接在機器人第六自由度的剛體，以通用NC代碼為工業機器人的工作語言， 將工業機器人的末端工具作為虛擬刀具，在編程坐標系下，設置五個點O、P、Q、S、T來描述虛擬刀具的基本特徵，點0設置在編程坐標系的原點，點P設置在編程坐標系的Z軸上，其他三個點Q、S、T根據末端工具的具體特徵來設置，其中，設置Q點要使得刀具安裝後Q點與機器人手腕中心重合，且直線QS與直線ST互相垂直；將每條NC代碼的數據通過虛擬刀具的五點由編程坐標系變換到機器人坐標系，進行軌跡規劃，並根據所述變換到機器人坐標系後的五個點得到機器人手腕中心點的位置和手腕姿態，從而獲得機器人的逆解參數，進行機器人逆運動學求解。當虛擬刀具的五點變換到機器人坐標系後，利用三次五次插值法進行軌跡規劃， 所述三次五次插值法為先取路徑上的四個點0、P、Q、S進行三次插值獲得中間兩點P、Q的速度、加速度信息，再取P、Q、S、T四個點進行三次插值獲得前兩點P、Q的速度、加速度信息， 將兩次獲取的P、Q點的速度、加速度取平均值，作為P、Q點最終的速度和加速度，加上P、Q 兩點的位移信息，共6個條件，插值一條五次曲線，以此保證控制點的位移以及控制點導數連續，即在平滑性的基礎上獲得精確的數據點。工業機器人為五軸工具機時，包括以下步驟SI)獲得NC代碼先設置後處理器後生產代碼，設轉動軸為B、C軸，後處理器中設置第四軸、第五軸偏置均為0,其基本格式為其中，N為行號，G為插補方式，X、Y、Z為編程坐標系中，工件表面上一點的坐標， B、C為B、C軸轉角，F為進給速度，S為主軸轉速；S2)將虛擬刀具的5個點分別繞Y軸和Z軸旋轉相應的角度0，式(I)是繞Y軸旋轉的旋轉矩陣，式⑵是某點(x，y，z)繞Y軸旋轉變換得到(X'，y'，z'):
權利要求
1.一種基於NC代碼的工業機器人軌跡規劃方法，工業機器人的末端工具為固接在機器人第六自由度的剛體，其特徵是以通用NC代碼為工業機器人的工作語言，將工業機器人的末端工具作為虛擬刀具，在編程坐標系下，設置五個點O、P、Q、S、T來描述虛擬刀具的基本特徵，點O設置在編程坐標系的原點，點P設置在編程坐標系的Z軸上，其他三個點Q、S、 T根據末端工具的具體特徵來設置，其中，設置Q點要使得刀具安裝後Q點與機器人手腕中心重合，且直線QS與直線ST互相垂直；將每條NC代碼的數據通過虛擬刀具的五點由編程坐標系變換到機器人坐標系，進行軌跡規劃，並根據所述變換到機器人坐標系後的五個點得到機器人手腕中心點的位置和手腕姿態，從而獲得機器人的逆解參數，進行機器人逆運動學求解。
2.根據權利要求I所述的一種基於NC代碼的工業機器人軌跡規劃方法，其特徵是當虛擬刀具的五點變換到機器人坐標系後，利用三次五次插值法進行軌跡規劃，所述三次五次插值法為先取路徑上的四個點O、P、Q、S進行三次插值獲得中間兩點P、Q的速度、加速度信息，再取P、Q、S、T四個點進行三次插值獲得前兩點P、Q的速度、加速度信息，將兩次獲取的P、Q點的速度、加速度取平均值，作為P、Q點最終的速度和加速度，加上P、Q兩點的位移信息，共6個條件，插值一條五次曲線，以此保證控制點的位移以及控制點導數連續，即在平滑性的基礎上獲得精確的數據點。
3.根據權利要求I或2所述的一種基於NC代碼的工業機器人軌跡規劃方法，其特徵是工業機器人為五軸工具機時，包括以下步驟51)獲得NC代碼先設置後處理器後生產代碼，設轉動軸為B、C軸，後處理器中設置第四軸、第五軸偏置均為O,其基本格式為N**G林X林Y林Z林B林C林F林S林其中，N為行號,G為插補方式，X、Y、Z為編程坐標系中，工件表面上一點的坐標，B、C為 B、C軸轉角，F為進給速度，S為主軸轉速；52)將虛擬刀具的5個點分別繞Y軸和Z軸旋轉相應的角度Θ，式(I)是繞Y軸旋轉的旋轉矩陣，式⑵是某點(x，y，z)繞Y軸旋轉變換得到(X' ,1' ,Z')
全文摘要
一種基於NC代碼的工業機器人軌跡規劃方法，涉及一種機器人軌跡規劃方法，尤其涉及一種以通用NC代碼為工作語言的機器人軌跡規劃方法。為克服傳統機器人工作語言的複雜性和不通用性，本發明以通用NC代碼為工作語言，來實現工業機器人的雕刻、噴漆等基本功能。採用「虛擬刀具」的概念，將每條NC代碼信息快速轉化成機器人逆解所需參數。利用三次五次複合插值法，對機器人的連續路徑進行規劃，獲得精確的路徑。
文檔編號B25J9/16GK102581849SQ20121000150
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月5日 優先權日2012年1月5日
發明者仇曉黎, 劉明燈, 惠國保, 王引, 趙鵬 申請人:東南大學