CN101434067A

CN101434067A - 机器人离线编程与现场调试无缝衔接方法

Info

Publication number: CN101434067A
Application number: CNA2008101478532A
Authority: CN
Inventors: 张康; 张瑞海; 赵阳; 朱品朝
Original assignee: Sichuan Bmt Iti Welding Equipment & Engineering Co Ltd
Current assignee: Sichuan Bmt Iti Welding Equipment & Engineering Co Ltd
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2009-05-20

Abstract

本发明为机器人离线编程与现场调试无缝衔接方法，包括设计工装夹具及机器人工具的三维模型，并将其和机器人模型导入离线编程软件中；对工装夹具、机器人工具和机器人的工艺可行性进行检查；根据工装夹具、机器人及机器人工具的安装位置将实物安装到位；使机器人工具在离线编程软件中的安装情况与实际安装情况一致；对实际安装到位的工装夹具坐标系在机器人基坐标系中的相对位置进行测量；测量结果对离线编程软件中工装夹具相对于机器人的安装位置校准，使其与实际安装情况一致；通过测量及校准后，生成机器人程序，并导入至机器人机器人直接利用该程序完成现实生产。本方法生成的程序可直接用于现实生产，真正做到离线编程与现场调试无缝衔接。

Description

机器人离线编程与现场调试无缝衔接方法

技术领域

本发明涉及机器人仿真、应用技术领域，确切地说涉及一种将机器人离线编程与现场调试进行衔接的方法。

背景技术

随着机器人应用领域的不断扩大，机器人编程技术越来越被人们所重视。机器人编程方式通常可分为在线示教编程和离线编程两种方式：

在线示教编程简单直接，在国内生产中应用的机器人系统大多为示教再现型，但它在实际生产中存在如下的技术缺陷：(1)编程者处于机器人工作空间的危险环境中或恶劣的现场工作环境中；(2)容易造成对工装夹具或机器人的损坏；(3)很难实现复杂的机器人运动轨迹；(4)编程质量取决于编程者的经验；(5)对于提能改造项目等无法准确控制时间节点，不确定因素太大；(6)示教编程需要占用机器人的作业时间。

离线编程通过虚拟现实技术创造出一个交互式软件环境，机器人的全过程编程可以在数字化工厂里实现。目前国际市场上己有基于普通PC机的商用机器人离线编程软件，如ROBCAD、IGRIP等。这些软件都能够让工程师们在没有任何资本设备投资之前，鉴别工艺的可行性。如果工艺可行，则通过后处理工作将机器人工作程序直接生成。与传统的在线示教编程相比，离线编程具有如下优点：(1)使编程者远离危险的工作环境；(2)在编程期间不会造成对工装夹具及机器人等的损坏；(3)因不担心碰撞等所以容易进行复杂的运动轨迹示教；(4)对编程人员的经验要求不高，更容易培养新人；(5)编程时不影响机器人的正常生产，此特点特别适合于设备的提能及改造；(6)能在任何资本设备投资之前，鉴别工艺的可行性；(7)可结合各种人工智能等技术来提高编程效率；等等。

虽然离线编程的优点很多，但目前国内外在ROBCAD、IGRIP等机器人离线编程软件的实际应用当中基本都是仅仅用于模拟工艺的可行性或者是纯开环(通过提高加工制造及安装精度来减少机器人离线编程软件中软环境与现场实际的偏差，从而提高离线编程的使用效果)的简单应用。既然离线编程这么好，那为何没有广泛得到实际应用？主要的瓶颈问题出现在：很难实现离线编程的软环境与现场实际情况一致。比如，离线编程使用的软环境与工装夹具及机器人等的实际安装情况存在偏差、机器人工具模型与实际的偏差等等，都会导致运用离线编程软件生成的机器人程序与真实情况存在较大差异，采用上述方法离线生成的机器人程序，在机器人工作空间较宽松的地方，经过重新在线示教微调后还基本可以使用，但在机器人工作空间受限的地方其使用效果很不理想，因此，现有技术无法实现机器人程序的离线编程与现场调试的无缝衔接。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种能够实现机器人离线编程与现场调试无缝衔接的方法，通过本方法，能消除机器人离线编程软件中软环境与现实实际环境的偏差，从而使得离线编程得到的机器人程序，直接导入真实机器人中既可运用于现实生产，真正做到离线编程与现场调试的无缝衔接。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种机器人离线编程与现场调试无缝衔接方法，其特征在于步骤如下：

a、设计工装夹具及机器人工具的三维模型，并将工装夹具及机器人工具的三维模型和机器人模型(由机器人厂家提供)导入机器人离线编程软件中；

b、在机器人离线编程软件中对工装夹具、机器人工具和机器人的工艺可行性进行前期检查，如发现存在的设计问题及潜在的风险，则需有针对性地重新设计工装夹具及机器人工具的三维模型或重新选择机器人的型号，重复a、b步骤直至工装夹具、机器人工具和机器人的工艺可行性都没问题为止；

c、根据机器人离线编程软件中工装夹具、机器人及机器人工具的安装位置将现场环境中的工装夹具、机器人及机器人工具安装到位；

d、对现场环境中实际安装到位的机器人工具进行测量，测得结果后对机器人离线编程软件中的机器人工具的三维模型进行修正，使机器人工具在机器人离线编程软件中的安装情况与现场环境中实际安装情况一致；

e、对现场环境中实际安装到位的工装夹具坐标系在机器人基坐标系中的相对位置进行测量；

f、根据步骤e得到的测量结果对机器人离线编程软件中工装夹具相对于机器人的安装位置进行校准，使其与实际安装情况一致；

g、通过步骤d、e、f的测量及校准后，在机器人离线编程软件中生成机器人程序，并导入至机器人控制器中，机器人直接利用该程序完成现实生产。

步骤d中所述使机器人工具在机器人离线编程软件中的安装情况与现场环境中实际安装情况一致的具体方法为：

1)、在真实机器人系统中新建一个空轨迹程序；

2)、将机器人切换到以tool0工具坐标系运动方式，将机器人移动到空间较宽松的地方记录一个POS_A点；

3)、通过方向锁定键将机器人tool0工具坐标系的X及Z轴锁定，将机器人向Y轴正向移动一段距离，记录一个POS_B点；

4)、将机器人移回POS_A点；

5)、通过方向锁定键将机器人tool0工具坐标系的Y及Z轴锁定，将机器人向X轴正向移动一段距离，记录一个POS_C点；

6)、使用移动式的三坐标测量仪将上述记录的三个点以POS_A点为坐标系原点，以POS_B点为坐标系Y正方向，以POS_C点为坐标系X正方向，在三坐标测量仪中建立一个坐标系；

7)、将机器人移回POS_A点；

8)、测量实际安装到位的机器人工具尖端点在步骤6)中建立的坐标系中的坐标值，将得到的X、Y、Z值输入到新定义的工具tool1的参数中，并根据测得的结果对机器人离线编程软件中的机器人工具的三维模型进行修正。

所述POS_A点、POS_B点或POS_C点都是指的机器人第六轴法兰盘凸缘的圆心。

步骤e中对现场环境中实际安装到位的工装夹具坐标系在机器人基坐标系中的相对位置进行测量的具体方法为：

A、使用移动式三坐标测量仪先将工装夹具坐标系找出；

B、在真实机器人系统中新建一个空轨迹程序；

C、将机器人工具移动到工装夹具附近或上方，在轨迹程序中使用机器人基坐标系将机器人工具尖端点所在的位置记录，读出机器人工具尖端点在机器人基坐标系中的坐标值，并填入坐标系转换软件中相应位置处；通过移动式三坐标测量仪将机器人工具尖端点在工装夹具坐标系中的坐标值测量出来，并填入坐标系转换软件相应位置处；

D、按照第C步骤的方式共测量4点，并填入所述坐标系转换软件中，经过计算得到位置结果和角度结果；

E、如果计算结果误差大于1mm，则所有点位需重新记录及测量，直至计算得出的结果在1mm以内。

所述坐标系转换软件具体可以是<<Setup utilitaire de calage>>、<<PS>>等。

步骤f中对机器人离线编程软件中工装夹具相对于机器人的安装位置进行校准，使其与实际安装情况一致的具体方法为：

(1)、在机器人离线编程软件里新建一个与机器人基坐标系重合的坐标系；

(2)、将新建的坐标系依照所述D步骤计算得出的角度结果将坐标系的每个轴旋转到位，旋转方向遵循右手定则；

(3)、将新建的坐标系依照所述D步骤计算得出的位置结果直接平移到位，至此新建坐标系的位置就是工装夹具坐标系的实际位置；

(4)、在机器人离线编程软件中调整工装夹具坐标系的位置，使其与新建的坐标系重合；

上述方法是以机器人基坐标系为基础来校准的，当然也可以工装夹具坐标系为基础来校准。

本发明的优点在于：

本发明采用a、b、c、d、e、f、g步骤的方法，与现有的“通过提高加工制造及安装精度来减少机器人离线编程软件中软环境与现场实际的偏差，从而提高离线编程的使用效果，属于纯开环的简单应用”的技术方案相比，本发明消除了机器人离线编程软件中软环境与现实实际环境的偏差，实现了闭环设计，从而使得离线编程得到的机器人程序，直接导入真实机器人中即可运用于现实生产，真正做到离线编程与现场调试无缝衔接。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

实施例1

一种机器人离线编程与现场调试无缝衔接方法，步骤如下：

实施例2

实施例1中的步骤d中所述使机器人工具在机器人离线编程软件中的安装情况与现场环境中实际安装情况一致的具体方法为：

1)、在真实机器人系统中新建一个空轨迹程序；

4)、将机器人移回POS_A点；

7)、将机器人移回POS_A点；

实施例3

作为本发明的一较佳实施方式：

在实施例1或2的基础上，实施例1中步骤e中对现场环境中实际安装到位的工装夹具坐标系在机器人基坐标系中的相对位置进行测量的具体方法为：

A、使用移动式三坐标测量仪先将工装夹具坐标系找出；

B、在真实机器人系统中新建一个空轨迹程序；

实施例4

作为本发明的另一较佳实施方式：

实施例1中步骤f中对机器人离线编程软件中工装夹具相对于机器人的安装位置进行校准，使其与实际安装情况一致的具体方法为：

上面的方法是以机器人基坐标系为基础来校准的，当然也可以工装夹具坐标系为基础来校准。

实施例5

上述实施例中所述机器人离线编程软件可以是ROBCAD和IGRIP等。所述工艺可行性是指：机器人臂长及载荷选择的合理性，机器人工具造型的合理性，工装夹具与机器人工作轨迹有无干涉，不同机器人间工作分配的平衡性，工作节拍是否达到要求，工装夹具夹紧定位点的合理性，工装夹具运行的合理性等等。所述机器人工具主要指安装在机器人上的点焊焊钳、弧焊焊枪、抓手等生产工具。所述tool0工具坐标系是机器人厂家出厂时设立的一个坐标系，此坐标系原点为机器人第六轴法兰盘凸缘的中心点，一般取名为“tool0”，是用户建立其它工具坐标系的基础。所述机器人工具尖端点为行业术语，即“tool cusp point，简称TCP”。

本发明中所涉及到的数字化工厂，目前国内外还没有一个统一的概念，一般可以认为数字化工厂技术能实现产品生命周期中的制造、装配、质量控制和检测等各个阶段的功能，主要解决工厂、车间和生产线以及产品的设计到制造实现的转化过程，使设计到生产制造之间的不确定性降低，在数字空间中将生产制造过程压缩和提前，使生产制造过程在数字空间中得以检验，从而提高系统的成功率和可靠性，缩短从设计到生产的转化时间。

本发明不限于上述实施方式，根据上述实施方式的描述，本领域的普通技术人员还可作出一些显而易见的改变，例如采用现有技术中的一些常规手段来增加或改变本发明的步骤，但这些这些改变均应属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1、一种机器人离线编程与现场调试无缝衔接方法，其特征在于步骤如下：

a、设计工装夹具及机器人工具的三维模型，并将工装夹具及机器人工具的三维模型和机器人模型导入机器人离线编程软件中；

2、根据权利要求1所述的机器人离线编程与现场调试无缝衔接方法，其特征在于：步骤d中所述使机器人工具在机器人离线编程软件中的安装情况与现场环境中实际安装情况一致的具体方法为：

1)、在真实机器人系统中新建一个空轨迹程序；

4)、将机器人移回POS_A点；

7)、将机器人移回POS_A点；

3、根据权利要求1或2所述的机器人离线编程与现场调试无缝衔接方法，其特征在于：步骤e中对现场环境中实际安装到位的工装夹具坐标系在机器人基坐标系中的相对位置进行测量的具体方法为：

A、使用移动式三坐标测量仪先将工装夹具坐标系找出；

B、在真实机器人系统中新建一个空轨迹程序；

所述坐标系转换软件具体可以是<<Setup utilitaire de calage>>或<<PS>>。

4、根据权利要求3所述的机器人离线编程与现场调试无缝衔接方法，其特征在于：步骤f中对机器人离线编程软件中工装夹具相对于机器人的安装位置进行校准，使其与实际安装情况一致的具体方法为：

5、根据权利要求2所述的机器人离线编程与现场调试无缝衔接方法，其特征在于：所述POS_A点、POS_B点或POS_C点都是指的机器人第六轴法兰盘凸缘的圆心。

6、根据权利要求4所述的机器人离线编程与现场调试无缝衔接方法，其特征在于：所述机器人离线编程软件可以是ROBCAD或IGRIP。

7、根据权利要求1或2所述的机器人离线编程与现场调试无缝衔接方法，其特征在于：所述工艺可行性是指：机器人臂长及载荷选择的合理性，机器人工具造型的合理性，工装夹具与机器人工作轨迹有无干涉，不同机器人间工作分配的平衡性，工作节拍是否达到要求，工装夹具夹紧定位点的合理性和工装夹具运行的合理性。

8、根据权利要求4所述的机器人离线编程与现场调试无缝衔接方法，其特征在于：所述机器人工具主要指安装在机器人上的点焊焊钳、弧焊焊枪和抓手。

9、根据权利要求2所述的机器人离线编程与现场调试无缝衔接方法，其特征在于：所述tool0工具坐标系是机器人厂家出厂时设立的一个坐标系，此坐标系原点为机器人第六轴法兰盘凸缘的中心点，一般取名为“tool0”，是用户建立其它工具坐标系的基础。

10、根据权利要求2所述的机器人离线编程与现场调试无缝衔接方法，其特征在于：所述机器人工具尖端点为行业术语，即“tool cusp point，简称TCP”。