CN103707299A - 一种实现折弯机器人折弯实时跟随的方法 - Google Patents

一种实现折弯机器人折弯实时跟随的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种实现折弯机器人折弯实时跟随的方法，该方法以折弯机槽口边为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
轴建立一个外部坐标系，首先在折弯机槽口任意选择两个点
Figure DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，使得和
Figure DEST_PATH_IMAGE010
的连线与槽口边重合，然后设定第三点
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，设定
Figure DEST_PATH_IMAGE014
的坐标为
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，，将
Figure 715191DEST_PATH_IMAGE014
点定义为外部坐标系的
Figure DEST_PATH_IMAGE022
平面内的点，外部坐标系的
Figure 320747DEST_PATH_IMAGE002
轴向量定义为
Figure 834905DEST_PATH_IMAGE008
指向
Figure 230114DEST_PATH_IMAGE010
，根据相应公式计算出外部坐标系
Figure DEST_PATH_IMAGE026
轴向量
Figure DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure DEST_PATH_IMAGE030
轴向量。折弯机开始折弯时把机器人坐标系切换到外部坐标系，并实时计算折弯角度，根据折弯角度旋转外部坐标系的轴，机器人为了维持自身位置在外部坐标系下不变，跟随
Figure 880331DEST_PATH_IMAGE002
轴旋转，实现了折弯实时跟随。本发明实现了机器人在折弯工艺过程中的实时跟随和自动折弯技术，减少调试人员在跟随调试时的时间，提高调试效率，提高跟随精度和折弯质量。

Description

一种实现折弯机器人折弯实时跟随的方法
技术领域
本发明涉及折弯机器人技术，尤其涉及一种实现折弯机器人折弯实时跟随的方法，属于工业机器人领域。
背景技术
随着劳动力成本的不断提高，工业机器人应用于折弯领域也越来越普及。在大板件折弯应用中，人工折弯费时费力且效果不好，机器人折弯则有很大优势；在折弯板件量大的情况下，机器人也表现出较大的优势。折弯机器人的主要难点在于，由于板件形状和折弯方向改变，每次折弯后都需要重新计算机器人的路径。因此，工业机器人折弯跟随技术是工业机器人折弯应用的一项关键性技术。
《金属加工：热加工》2010年第17期43-45页的论文“折弯机器人”公开了一种机器人折弯单元。该论文提出了一种解决折弯跟随问题的方法，该方法使用ABB公司开发的一种辅助编程软件，把板件设计图输入辅助软件，软件通过图层找到所有的折弯线并自动读取折弯参数，编程时，人工选定一条折弯线，软件即自动算出机器人路径，人工再选定下一条折弯线，如此反复，直到全部完成，把完成后的程序下载到机器人，再由人工调试后投产。该方法的缺点是预先设定的程序降低了跟随的实时性，带来较大的误差，影响板件折弯的质量，且需要人工调试，不能够实现全自动，加大了人工成本。
发明内容
本发明提供了一种实现折弯机器人折弯实时跟随的方法，解决了机器人折弯技术中不能折弯实时跟随的问题。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：
一种实现折弯机器人折弯实时跟随的方法，包括以下步骤：
第一步：在折弯机靠近机器人一侧的槽口边上任意选择两个点                                                
Figure 401486DEST_PATH_IMAGE001
、 
Figure 256309DEST_PATH_IMAGE002
，使得
Figure 662145DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 992108DEST_PATH_IMAGE002
的连线与槽口边重合，测定
Figure 370262DEST_PATH_IMAGE001
和在机器人坐标系的坐标，
Figure 593411DEST_PATH_IMAGE004
；
第二步：设定第三点
Figure 262290DEST_PATH_IMAGE005
，第三点
Figure 193337DEST_PATH_IMAGE005
在机器人坐标系的坐标设定为：
Figure 636082DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 497727DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 958795DEST_PATH_IMAGE008
；
第三步：以下列条件建立外部坐标系：以
Figure 74126DEST_PATH_IMAGE001
点为外部坐标系的原点，外部坐标系的
Figure 253434DEST_PATH_IMAGE009
轴向量
Figure 715508DEST_PATH_IMAGE010
定义为
Figure 358979DEST_PATH_IMAGE001
指向
Figure 631829DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 360750DEST_PATH_IMAGE011
位于外部坐标系的
Figure 127980DEST_PATH_IMAGE012
平面内，即：以
Figure 625958DEST_PATH_IMAGE001
点为外部坐标系的原点，外部坐标系的
Figure 69709DEST_PATH_IMAGE009
轴向量
Figure 20347DEST_PATH_IMAGE010
定义为
Figure 902853DEST_PATH_IMAGE001
指向，则
Figure 650415DEST_PATH_IMAGE009
轴向量为
Figure 26032DEST_PATH_IMAGE013
；将
Figure 446649DEST_PATH_IMAGE011
点定义为外部坐标系的
Figure 628142DEST_PATH_IMAGE012
平面内的点，定义向量为指向
Figure 828814DEST_PATH_IMAGE011
，即
Figure 811682DEST_PATH_IMAGE015
，则向量
Figure 299295DEST_PATH_IMAGE014
也在外部坐标系的
Figure 400237DEST_PATH_IMAGE012
平面内，根据以下公式计算外部坐标系的
Figure 428236DEST_PATH_IMAGE016
轴向量
Figure 281923DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 471596DEST_PATH_IMAGE018
轴向量：
                         
Figure 390059DEST_PATH_IMAGE020
                         
Figure 363831DEST_PATH_IMAGE021
由此建立外部坐标系；
第四步：在折弯机进行折弯时，机器人切换到折弯机槽口的外部坐标系；
第五步：在折弯机进行折弯的过程中，机器人将实时接收的折弯角度模拟量信号转换为折弯角度信号：机器人控制器设置折弯角度模拟量最大值
Figure 724405DEST_PATH_IMAGE022
和最小值
Figure 62589DEST_PATH_IMAGE023
以及折弯角度的最大值和最小值
Figure 260670DEST_PATH_IMAGE025
，假设当前折弯角度模拟量为
Figure 57724DEST_PATH_IMAGE026
，根据公式
Figure 587932DEST_PATH_IMAGE027
计算折弯角度
Figure 761424DEST_PATH_IMAGE028
；
第六步：机器人根据折弯角度信号旋转外部坐标系的
Figure 975368DEST_PATH_IMAGE009
轴，为了维持自身位置在外部坐标系下不变，机器人实时跟随
Figure 943324DEST_PATH_IMAGE009
轴旋转。
本发明实现了机器人在折弯工艺过程中的实时跟随和自动折弯技术，减少调试人员在跟随调试时的时间，提高调试效率，提高跟随精度和折弯质量。
附图说明
图1是实现折弯机器人折弯实时跟随方法的装置。
图2是折弯机器人折弯实时跟随方法的逻辑框图。
图3是测量槽口位置的测量工具。
图4 是使用测量工具测量槽口位置的示意图。
图5是外部坐标系示意图。
图6是工件折弯角度示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步详细说明。
图1为实现折弯机器人折弯实时跟随方法的装置，包括机器人1、机器人抓具2、板件3、折弯机以及通讯电缆6，折弯机包括本体4和折弯控制器5。其中，机器人1为通用六关节串联工业机器人，该机器人具有通用的工业机器人功能：坐标系有关节坐标系、直角坐标系、工具坐标系和外部坐标系，能够进行外部坐标系建立和设置、用户能够使用四点法建立工具坐标系，在正常运行时具有在当前坐标系下保持位置和姿态不变的特性，能手动和自动控制机器人1；折弯机控制器5拥有基本的折弯控制功能和折弯角度实时输出功能。
图2为折弯机器人折弯实时跟随方法的逻辑框图。其中，模块7为折弯机控制器，模块8为折弯机与机器人之间控制信号传输模块，模块9为折弯机与机器人之间位置信号传输模块，模块10为机器人控制器，模块11为机器人控制器中的参数配置模块，模块12为自动折弯指令模块，模块13为跟随运动计算模块，模块14用于获取槽口上和
Figure 173896DEST_PATH_IMAGE002
两点信息，模块15用于设定第三点信息，模块16用于计算外部坐标系参数，模块17用于设定折弯角度模拟量最大值
Figure 115624DEST_PATH_IMAGE022
和最小值
Figure 151582DEST_PATH_IMAGE023
以及折弯角度的最大值
Figure 401298DEST_PATH_IMAGE024
和最小值
Figure 58675DEST_PATH_IMAGE025
，模块18为整定模块，用于测试模块17中设置值的正确性，模块19为数字量输入输出模块，模块20为折弯角度模拟量输入输出模块，模块21为建立外部坐标系模块，模块22为实际折弯角度计算模块，模块23为旋转外部坐标系
Figure 368434DEST_PATH_IMAGE009
轴模块。折弯机实时输出的折弯角度信号通过屏蔽通讯电缆6传输到机器人控制器10。
图3为测量槽口位置的测量工具，图4为使用图3中的测量工具测量槽口位置示意图。测量工具24安装在机器人1末端上，其具有和机器人1末端匹配的安装面26和用于测量的工具TCP点25，使用机器人1的四点法确定工具参数。本发明中的工具参数指工具TCP点25在机器人坐标系下的位置，本实施方式中的工具参数用四点法测定为(0, 0, 200)。
图5 是外部坐标系示意图。通过测量工具24的TCP点25测量图5中的
Figure 390223DEST_PATH_IMAGE001
为
Figure 443630DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 955514DEST_PATH_IMAGE002
为
Figure 436174DEST_PATH_IMAGE030
，机器人1通过模块14获取点和
Figure 772663DEST_PATH_IMAGE002
点的坐标，使用模块15计算第三点
Figure 670212DEST_PATH_IMAGE005
的坐标：x3 = 1021，y3 = 457，z3 = 639；模块16根据
Figure 321773DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 789926DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 185135DEST_PATH_IMAGE011
三点坐标计算外部坐标系29的参数：将
Figure 671611DEST_PATH_IMAGE001
点视为外部坐标系29的原点，外部坐标系29的
Figure 946604DEST_PATH_IMAGE009
轴向量
Figure 151320DEST_PATH_IMAGE010
定义为
Figure 350220DEST_PATH_IMAGE001
指向
Figure 704585DEST_PATH_IMAGE002
，即轴向量
Figure 635632DEST_PATH_IMAGE031
，将
Figure 576912DEST_PATH_IMAGE011
点定义为外部坐标系29的
Figure 251607DEST_PATH_IMAGE012
平面内一点，定义向量
Figure 774992DEST_PATH_IMAGE014
为指向
Figure 806981DEST_PATH_IMAGE011
，即
Figure 347684DEST_PATH_IMAGE032
，则向量在外部坐标系29的
Figure 450955DEST_PATH_IMAGE012
平面上，由此可以计算出外部坐标系29的
Figure 179877DEST_PATH_IMAGE016
轴向量
Figure 944177DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 379837DEST_PATH_IMAGE018
轴向量
Figure 885905DEST_PATH_IMAGE019
：
                         
Figure 289074DEST_PATH_IMAGE033
                         
Figure 171579DEST_PATH_IMAGE034
在机器人示教器中输入坐标系参数，控制器模块21根据计算得出的坐标系参数建立外部坐标系29。
  在机器人示教器中使用坐标系转换命令，将外部坐标系29作为机器人当前参考坐标系。
图6是折弯角度示意图，其中标号30代表实际折弯角度，标号31代表尚未进行折弯的板件。在模块17中设置折弯角度模拟量最大值
Figure 461746DEST_PATH_IMAGE022
=10伏和最小值
Figure 404294DEST_PATH_IMAGE023
=0伏以及折弯角度的最大值
Figure 530644DEST_PATH_IMAGE024
=45度和最小值=0度，并在整定功能模块18中测试这些设置值的正确性，即判断折弯角度模拟量最大值
Figure 361514DEST_PATH_IMAGE022
和最小值
Figure 396335DEST_PATH_IMAGE023
是否在下面的区间内：0＜
Figure 321566DEST_PATH_IMAGE022
≤10，0≤
Figure 483557DEST_PATH_IMAGE023
＜1。设当前折弯角度模拟量值为
Figure 810633DEST_PATH_IMAGE026
=5伏，则当前的折弯角度
Figure 780470DEST_PATH_IMAGE028
为=22.5。
将当前折弯角度
Figure 893099DEST_PATH_IMAGE028
在控制器中实时赋值给外部坐标系29
Figure 74682DEST_PATH_IMAGE009
轴的旋转部分，由于机器人具有在当前坐标系下保持位置和姿态不变的特性，因此当坐标系绕自身
Figure 716884DEST_PATH_IMAGE009
轴旋转时，机器人也会随坐标系运动，从而实现实时跟随。
上述机器人折弯过程可以使用自动折弯指令实现机器人自动折弯和启动实时折弯跟随功能，自动折弯指令流程如图2中模块12所示。自动折弯指令减少了指令复杂度和调试的危险性，提高了可维护性。

Claims (1)

1.一种实现折弯机器人折弯实时跟随的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）在折弯机靠近机器人一侧的槽口边上任意选择两个点                                                
Figure 2013106963249100001DEST_PATH_IMAGE001
、 ，使得
Figure 170683DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 412309DEST_PATH_IMAGE002
的连线与槽口边重合，测定
Figure 625115DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 268586DEST_PATH_IMAGE002
在机器人坐标系的坐标
Figure 2013106963249100001DEST_PATH_IMAGE003
，；
（2）设定第三点
Figure 2013106963249100001DEST_PATH_IMAGE005
，第三点
Figure 955843DEST_PATH_IMAGE005
在机器人坐标系的坐标设定为：
Figure 221608DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 2013106963249100001DEST_PATH_IMAGE007
，；
（3）建立外部坐标系：以
Figure 428916DEST_PATH_IMAGE001
点为外部坐标系的原点，外部坐标系的轴向量
Figure 67970DEST_PATH_IMAGE010
定义为
Figure 950475DEST_PATH_IMAGE001
指向
Figure 240642DEST_PATH_IMAGE002
；将
Figure DEST_PATH_IMAGE011
点定义为外部坐标系的平面内的点，定义向量为
Figure 745759DEST_PATH_IMAGE001
指向
Figure 851862DEST_PATH_IMAGE011
，根据以下公式计算外部坐标系的
Figure 324431DEST_PATH_IMAGE014
轴向量
Figure DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 375564DEST_PATH_IMAGE016
轴向量
Figure DEST_PATH_IMAGE017
：
                         
Figure 487745DEST_PATH_IMAGE018
                         
   由此建立外部坐标系；
（4）在折弯机进行折弯时，机器人切换到折弯机槽口的外部坐标系；
（5）在折弯机进行折弯的过程中，机器人将实时接收的折弯角度模拟量信号转换为折弯角度信号：机器人控制器设置折弯角度模拟量最大值和最小值
Figure DEST_PATH_IMAGE021
以及折弯角度的最大值和最小值，假设当前折弯角度模拟量为
Figure 621683DEST_PATH_IMAGE024
，根据公式
Figure DEST_PATH_IMAGE025
计算折弯角度
Figure 221160DEST_PATH_IMAGE026
；
（6）机器人根据折弯角度信号旋转外部坐标系的
Figure 249159DEST_PATH_IMAGE009
轴，为了维持自身位置在外部坐标系下不变，机器人实时跟随
Figure 368425DEST_PATH_IMAGE009
轴旋转。
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