CN103213126A - 用于工业机器人复杂曲线示教的方法和系统 - Google Patents

Abstract

用于工业机器人复杂曲线示教的方法和系统，包括用户软件、计算机、通讯接口、机器人、用于完成复杂曲线特征点采集和数据处理的操作流程。本发明解决所采用的技术方案是：由计算机按照特定通讯协议实现与工业机器人通讯，控制工业机器人运动至复杂曲线轨迹的特征点，并读取该点坐标值，如此重复多次，读取若干个特征点坐标值，然后根据用户设定的曲线方程的阶数和已经读取的特征点坐标值，解算出曲线方程，然后根据曲线方程按照一定的步长进行曲线插补，根据插补所得数据驱动工业机器人沿着该复杂轨迹运动，由操作人员观察轨迹偏差或作业质量，根据需要在用户软件上对插补数据进行修正或微调，达到较为理想的作业效果。

Description

用于工业机器人复杂曲线示教的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于工业机器人示教的方法和系统，尤其是能够应用于复杂曲线示教的方法和系统。

背景技术

目前，工业机器人在工业自动化生产中的应用领域不断拓宽，装机数量不断增长，极大地提高了劳动生产率，降低了劳动者的劳动强度，提高了产品质量。工业机器人为求得高效率的现场作业，并适合操作人员的操作水平，一般采取现场示教的方式，即由操作人员带动工业机器人沿着特定路径运动，并由工业机器人控制器记录运动轨迹，然后由工业机器人按照记录下的轨迹重复运行，此种方式的路径轨迹主要由基本几何图形组成，如圆形、直线、圆弧。

但是，工业生产中，很多复杂曲线都无法通过基本几何图形的组合来实现，如焊管接头的马鞍形焊缝、工业设计中的高次曲线加工。

为了解决前述的复杂曲线轨迹的工业机器人示教问题，有两个途径：一是采用专用设备，如专门用于焊接马鞍形焊缝的焊接专机，其成本高、通用性差，效率一般；二是采用计算机辅助手段，如建立或提取曲线的三维模型，经计算机求解后，实现对复杂曲线轨迹的分解，然后发送给工业机器人，使工业机器人沿着指定轨迹运动，但是该种方式需要操作人员较高的技能水平，对复杂曲线轨迹的准确建模，并且要求计算机中工具与工件的相互位置与实际设备中工具和工件的位置无偏差，尤其是对工业机器人的绝对精度提出了严格要求，进而也降低了效率，提高了生产成本。

因而，如果能找到合适的针对复杂轨迹的现场示教方式和系统，则可以极大的提高生产效率。

发明内容

为了克服现有工业机器人设备无法高效进行复杂曲线作业的不足，本发明提供了一种工业机器人复杂曲线现场示教方法和系统，该系统不仅能够对基本几何图形组合的轨迹作业，而且能够用于复杂曲线的高效作业。

本发明解决所采用的技术方案是：由计算机按照特定通讯协议实现与工业机器人通讯，控制工业机器人运动至复杂曲线轨迹的特征点，并读取该点坐标值，如此重复多次，读取若干个特征点坐标值，然后根据用户设定的曲线方程的阶数和已经读取的特征点坐标值，解算出曲线方程，然后根据曲线方程按照一定的步长进行曲线插补，根据插补所得数据驱动工业机器人沿着该复杂轨迹运动，由操作人员观察轨迹偏差或作业质量，根据需要在用户软件上对插补数据进行修正或微调，达到较为理想的作业效果。

本发明的有益效果是，既可以用于基本几何图形轨迹的作业，又可以用于复杂曲线轨迹的作业，并且该方案简单、快捷，对操作人员要求低。

附图说明

图1是系统结构图；

图2是系统工作流程图；

具体实施方式

参照图1，一种用于工业机器人的复杂曲线的示教的方法和系统包括：用户软件1、计算机2、通讯接口3和工业机器人4；

所述的用户软件1运行于所述的计算机2上，用于完成以下六项功能：用户指令输入、工业机器人4状态读取、工业机器人4末端点的坐标值读取、曲线方程解算、轨迹插补、插补轨迹修正、发送指令给工业机器人4；

所属的计算机2为所述的用户软件1提供运行环境，并通过所述的通讯接口3实现与所述的工业机器人4通讯，获取所述的工业机器人4的状态信息或者发送指令给所述的工业机器人4；

所述的通讯接口3用于完成所述的工业机器人4与所述的计算机2的通讯，其通讯载体可以是以太网线、串口通讯线，通过该通讯载体、两端的发送和接收器件以及高效的通讯协议，共同组成了可靠、稳定的双向通讯网络；

所述的工业机器人4为常见的多自由度串联关节机器人，通常为六个自由度；该工业机器人4的通讯协议开放，能够接受指令或者发送状态信息给所述的用户软件1，以便于所述的用户软件1经由所述的计算机2实现对所述的工业机器人4的控制；

参照图2，一种用于工业机器人的复杂曲线示教的方法，其过程为：

步骤5：启动用户软件，建立通讯连接；

运行所述的用户软件1，通过所述的计算机2建立与所述的工业机器人4的连接；

所述的用户软件1上设定若干按钮，用户点击按钮后，所述的用户软件1发出指令，完成以下功能：读取所述的工业机器人4的系统状态、获取工业机器人4的末端工具的坐标信息、发送控制指令给工业机器人4、驱动工业机器人4按照指定方式运动；

步骤6：特定点坐标拾取；

点击所述的用户软件1上的相应按键，选择所述的工业机器人4的特定运动方式；该特定运动方式可以为关节运动方式或直角坐标运动方式；所述的关节运动方式是指机器人的关节绕着自己的旋转轴线旋转；所述的直角坐标运动方式是指机器人工具的末端点沿着直角坐标系的坐标轴做直线运动，或者绕着直角坐标系的坐标轴做旋转运动，直角坐标运动方式需要各个关节联动实现该动作；

进一步，所述的工业机器人4末端到达指定位置后，通过操作所述的用户软件1上的按键获取末端点的坐标；

步骤7：判断特定点坐标值数量满足要求；

判断特征点坐标值的数量是否满足要求，如果数量未满足要求，则返回到步骤6；如果数量满足要求，则进入步骤8；

所述的步骤8：曲线方程解算；

依据所述的步骤6中取得的各特征点的坐标值，并结合所述的用户软件1设定的曲线方程的结构形式，解算出曲线方程；

所述的步骤9：曲线插补，模拟作业；

根据所述的步骤8所解算出的曲线方程，由所述的用户软件1按照特定算法，采取一定的步长，从曲线起点依次分解，获取并计算出若干作业点的坐标，并将坐标信息通过所述的通讯接口3发送至所述的工业机器人4；

由于工业机器人的运动轨迹一般以点、直线、圆弧等基本几何曲线，因所述的步骤8中的曲线方程以特定步长完成轨迹插补，并将插补计算所得的位置点以基本几何曲线轨迹的方式发送至所述的工业机器人4，并设定所述的工业机器人4的运动参数，使所述的工业机器人4沿着预定轨迹运动；

步骤10：判断轨迹精度是否满足要求；

根据步骤9中所述的工业机器人4的实际运动轨迹，与期望运动轨迹进行比较，如果实际运动轨迹与期望运动轨迹精度满足要求，则进入步骤12；如果实际运动轨迹与期望运动根轨迹精度偏差较大，不满足要求，则进入步骤11；

步骤11：插补轨迹修正；

根据步骤10中所得到实际运动轨迹与期望运动轨迹的差异，使用标准点校正法或/和任意点认为调整法进行轨迹插补修正；修正结束后，步骤11结束，进入步骤10；

所述的标准点校正法是指在工业机器人4附近设置一校正点，该校正点实际坐标值已知，通过所述的用户软件1驱动工业机器人4到该校正点，获取工业机器人4末端在该点坐标，计算与该点实际坐标值的差值，实现精度偏差修正调整，此方法主要用于解决机器人理论位置与实际位置偏差所引起的轨迹偏差问题；

所述的任意点人为调整法是指由所述的用户软件计算出复杂曲线方程后，驱动工业机器人4沿该路径行走一遍，由操作人员观察路径偏差并预估数值，利用该数值修正曲线方程，做出坐标或位置上的相应调整；此方法主要用于解决操作人员主观误差所引起的轨迹偏差问题；

所述的步骤12：保存程序，完成作业任务；

调用保存好的插补轨迹，发送至所述的工业机器人4，驱动所述的工业机器人4完成作业任务。

Claims (6)

1.用于工业机器人复杂曲线示教的方法和系统，包括：用户软件、计算机、通讯接口和机器人。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的用户软件具有以下功能：用户指令输入、机器人状态读取、机器人末端点的坐标值读取、曲线方程解算、轨迹插补、插补轨迹修正、发送指令给机器人。

3.工业机器人的复杂曲线的示教的方法，使用包括用户软件、计算机、通讯接口和工业机器人的系统，该方法包括：特定点坐标拾取、曲线方程解算、轨迹插补、插补轨迹修正。 

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的曲线方程解算基于所拾取的特征点坐标值和曲线方程解析式的结构形式。 

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的轨迹插补根据解算出的曲线方程，并由用户设定插补步长。 

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的插补轨迹修正采用使用标准点校正法或/和任意点人为调整法。 

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