CN104858537A - 控制机器人切割工件坡口的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用离线生成机器人数据代码控制机器人切割坡口的方法及装置，主要包括：在CAD中读取二维图形设计文件并对文件中的工件设置坡口特征；打开设置好坡口特征的工件图形文件，利用预先建立或者已有的机器人模型以及选定的机器人路径，计算得到该路径每一点对应的机器人各关节的关节变量并据此生成对应的机器人离线数据代码；将生成的机器人离线数据代码传输到机器人控制器中，从而控制机器人完成板材工件的坡口切割。本发明通过对机器人末端坐标位置和姿态设计和机器人运动轨迹算法的研发，实现控制机器人伺服驱动使其到达指定空间目标、位置和姿态，完成工件坡口切割，改变依靠人工目测“示教编程”控制机器人动作的传统落后工作模式。

Description

控制机器人切割工件坡口的方法及装置

技术领域

本发明涉及切割技术领域，尤其涉及一种采用机器人切割工件坡口的方法及装置。

背景技术

需要进行钢板板材工件二次坡口切割加工的客户工厂主要分布在煤矿机械、工程机械、锅炉、造船、海工和压力容器等制造业，目前，在我国海工、钢结构、造船、工程机械、压力容器等单件小批量生产型行业内，传统的板材坡口工件(以下简称工件)均采用手工切割制作，不仅工期没有保障，而且表面粗糙度大。

近年来，工业机器人的工厂应用已被人们普遍认同，成为企业竞争的重要手段。从上述行业的应用现状来看，工业机器人的应用尚处在起步阶段。即大量购入机器人本体，采用繁琐的手工示教方式。示教式机器人切割过程为：由操作人员现场(在线)手持机器人示教器，目测并不断在示教器输入操作，指挥机器人沿工艺路径逐点选取存储，完成示教编程。

示教式机器人切割的缺点在于:对一些比较繁琐的工艺路径“示教式编程”非常麻烦，不仅操作人员劳动强度大、费时费力，而且恶劣的操作环境对操作者的健康也造成一定的影响；示教编程的精度完全由示教者的经验目测决定,尤其对于复杂路径示教精度更差。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种控制机器人切割工件坡口的方法及装置，用以解决现有示教式机器人编程切割所存在的费时费力且精度差等问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种控制机器人切割工件坡口的方法，包括：

在CAD中读取二维图形设计文件并对文件中的工件设置坡口特征；

打开设置好坡口特征的工件图形文件，利用预先建立或者已有的机器人模型以及选定的机器人路径，计算得到该路径每一点对应的机器人各关节的关节变量并据此生成对应的机器人离线数据代码；

将生成的机器人离线数据代码传输到机器人控制器中，从而控制机器人完成板材工件的坡口切割。

进一步地，还包括：

对该机器人离线数据代码进行计算机模拟、仿真和防碰撞数据验证后再传输到机器人控制器中。

进一步地，具体包括：

在CAD中，打开已有的工件二维图形或者对工件进行二维图形设计；

利用对CAD的二次开发，输入坡口高度及角度参数后，在CAD中选取所有具有此坡口特性的工件切割边，完成具有该坡口特征切割边的设置；依次设置完工件的所有坡口特征后，将此带有坡口特征的工件设计文件进行保存。

进一步地，具体包括：

根据机器人模型的基本参数、机器人位置的表示形式、机器人工具参数以及工具方向、机器人安装形式、机器人基座相对于切割工件底面的高度及其他相关参数，生成并保存机器人模型。

进一步地，在生成机器人离线数据代码之前需要用户对工件坡口的切割方式进行设定，从而根据不同工件的切割方式产生不同的机器人工作路径。

进一步地，在机器人工作路径产生后，根据在工件坐标系下机器人路径各点的坐标，该路径的路径方向，该路径的坡口角度，计算该路径上每一点的机器人直角坐标空间的位姿，以及各关节的旋转角度；

通过采用齐次坐标变换来描述机器人机械手各关节坐标之间以及被切割加工工件与机器人之间的关系。

进一步地，机器人在完成工件坡口的切割过程中，末端的切割头始终沿着工件坡口边的方向运动，并且切割头与工件上平面坡口边所形成的夹角为设定的工件坡口角度，如此就得到了机器人末端在工件坐标系下的位姿；

将工件坐标系下路径中各点的坐标及位姿转化为机器人基坐标系下的坐标及位姿；

根据机器人基坐标系下各点的坐标及位姿，解机器人逆运动学方程求出机器人各关节的旋转角度即关节变量。

进一步地，解逆运动学方程的解，即已知机器人末端相对于机器人基坐标系直角坐标空间的位姿T6，求出关节变量θ_n，具体过程包括：

由于T6＝A1A2A3A4A5A6，根据机器人关节坐标设置确定A_n(n＝1，2，3，4，5，6)，A_n为第n关节相对于n-1关节坐标的齐次坐标变换，即

$A_n=\left[\begin{array}{cccc}\cos {\mathrm{\θ}}_n& {-\sin \mathrm{\θ}}_n& 0& a_n-1\\ {\sin \mathrm{\θ}}_n\cos {\mathrm{\α}}_n-1& {\cos \mathrm{\θ}}_n{\cos \mathrm{\α}}_n-1& {-\sin \mathrm{\α}}_n-1& {-d}_n{\sin \mathrm{\α}}_n-1\\ {\sin \mathrm{\θn}}_n{\sin \mathrm{\α}}_n-1& {\cos \mathrm{\θ}}_n{\sin \mathrm{\α}}_n-1& \cos {\mathrm{\α}}_n-1& d_n{\cos \mathrm{\α}}_n-1\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

根据机器人各关节的α_n－1值、a_n－1值、d_n值，计算得到多个关节变量θ_n；其中α_n－1表示第n个连杆对于第n-1个连杆的关节扭角,a_n－1表示第n-1个连杆的长度，d_n表示第n+1连杆与第n连杆之间公共法线的距离，

根据机器人的组合形态和各关节的运动范围，经过多次反复计算，按照关节变量与前一状态的关节变量之差较小的原则来选择其中的最优关节变量。

本发明还提供了一种控制机器人切割工件坡口的装置，包括：

读取模块，在CAD中读取二维图形设计文件并对文件中的工件设置坡口特征；

离线数据生成模块，用于打开设置好坡口特征的工件图形文件，利用预先建立或者已有的机器人模型以及选定的机器人路径，计算得到该路径每一点对应的机器人各关节的关节变量并据此生成对应的机器人离线数据代码；

输入控制模块，用于接收机器人离线数据代码，将其传输到机器人控制器中，从而控制机器人完成板材工件的坡口切割。

进一步地，还包括：

仿真模块，用于对所生成的离线数据代码进行计算机模拟、仿真和防碰撞数据验证，然后输出给输入控制模块。

进一步地，所述离线数据生成模块具体用于，在机器人路径产生后，根据在工件坐标系下机器人路径各点的坐标，该路径的路径方向，该路径的坡口角度，计算该路径上每一点的机器人直角坐标空间的位姿以及各关节的旋转角度；通过采用齐次坐标变换来描述机器人机械手各关节坐标之间以及工件与机器人之间的关系，从而生成机器人离线数据代码。

进一步地，所述离线数据生成模块，计算该路径上每一点的机器人直角坐标空间的位姿以及各关节的旋转角度的过程包括：机器人工件坡口切割过程中，末端的切割头始终沿着坡口边方向运动，并且切割头与工件上平面坡口边所形成的夹角为设定的工件坡口角度，如此就得到了机器人末端在工件坐标系下的位姿；根据机器人末端在工件坐标系下机器人路径中各点的坐标及位姿，将工件坐标系下路径中各点的坐标及位姿转化为机器人基坐标系下的坐标及位姿；根据机器人基坐标系下各点的坐标及位姿，解机器人逆运动学方程求出机器人各关节的旋转角度即关节变量。

本发明有益效果如下：

本发明通过对机器人末端坐标位置和姿态的设计和机器人运动轨迹算法的研发和实现，实现控制机器人伺服驱动使机器人到达指定空间目标、位置和姿态，完成工件坡口切割，彻底改变依靠人工目测“示教编程”控制机器人动作、轨迹的传统落后工作模式。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例所述方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中，OTC NV6机器人的示意图；

图3为本发明实施例中，板材工件的示意图；

图4为本发明实施例中，切割路径示意图；

图5为本发明实施例中，另一切割路径示意图；

图6为本发明实施例中，落地式安装机器人示意图；

图7为本发明实施例中，壁挂式安装机器人示意图；

图8为本发明实施例中，倒挂式安装机器人示意图；

图9为本发明实施例所述装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

首先，结合附图1到8对本发明实施例所述方法进行详细说明。

如图1所示，图1为本发明实施例所述方法的流程示意图，具体可以包括：

步骤101：读取板材工件的CAD图形的dwg格式文件，选取坡口切割边并设定坡口高度及角度参数，完成板材工件的坡口特征的设定。

上述步骤101具体可以包括：

步骤101-1：在CAD中，打开已有的二维图形设计文件或者对工件的图形进行二维图形设计得到二维图形设计文件；由于可以直接读取客户已有的板材工件图形，可以避免客户进行重复设计，从而节约人力成本；

步骤101-2：利用对CAD的二次开发，输入坡口高度及角度参数后，在CAD中选取所有具有此坡口特性的切割边完成具有该坡口特征的切割边的设置；依次设置完工件的所有坡口特性及工件的厚度后，将此带有坡口特征的工件图形输出保存为.cam文件；

步骤102：在计算机打开设置好坡口特征的工件设计文件，利用预先建立或者已有的机器人模型以及选定的机器人路径，生成不同的机器人离线数据代码；

上述步骤102具体可以包括：

步骤102-1：建立机器人模型；具体的说就是，根据机器人模型的基本参数、机器人位置的表示形式、机器人工具参数以及工具方向、机器人安装形式、机器人基座相对于工件底面的高度及其他相关参数，生成并保存机器人模型。其中，机器人模型中的基本参数包括：θ_n表示关节转角，α_n表示第n+1个连杆对于第n个连杆的关节扭角，a_n表示第n个连杆的长度，d_n表示表示第n+1个连杆对于第n个连杆公共法线的距离。

以OTC NV6机器人为例，如图2为OTC NV6机器人的示意图，该类型机器人的参数值如表1所示。

表1机器人上各连杆的参数

连杆n	θn	αn－1	an－1	dn	变量范围
						1	-90°	0°	0	0	-170°～+170°
2	90°	-90°	160	0	-90°～+155°
						3	0°	0°	580	0	-170°～+190°
4	0°	-90°	125	650	-180°～+180°
						5	-90°	+90°	0	0	-50°～+230°
6	90°	-90°	0	0	-360°～+360°

在计算机的离线编程软件中输入表1中各项连杆参数并设定机器人的位置表示形式，同时输入机器人工具参数、机器人安装形式以及机器人基座相对于工件底面的高度等参数，输入完上述各项参数后，计算机的离线编程软件据此生成机器人模型，并以文件形式保存。其中，位置表示形式可以为角度表示或者脉冲表示，如果以脉冲形式表示机器人位置，需要输入各关节每个角度所对应的脉冲数；本发明实施例中，OTCNV6机器人的位置表示形式为角度表示；机器人工具参数，即工具点向对于第六关节点的XYZ坐标，以及工具方向；机器人安装形式主要包括：落地式、壁挂式或倒挂式，如图6到8所示，其中1为落地式安装机器人，2为料台，3为摆放于料台上的工件。

上述机器人建模的具体过程可以采用现有成熟技术方案实现，也可以选择现有技术中已建立好的机器人模型文件。

步骤102-2：选择上面步骤102-1所建立的机器人模型文件或者选择已建立好的机器人模型文件，机器人模型文件需要与用于坡口切割的机器人类型完全对应。

步骤102-3：在机器人建好模型的基础上，选择切割方式并据此生成不同的机器人工作路径；具体的说就是，由于工件坡口的切割方式可以有多种，例如等离子切割、火焰切割或激光切割，因此在生成机器人离线数据代码之前需要用户对切割方式进行实际设定，从而根据不同的切割方式产生不同的机器人工作路径。以切割图3所示工件为例，其切割路径分别如图4或图5所示。

火焰切割方式，如果也采用与等离子相同的机器人工作路径，则在钢板工件火焰预热时割炬为倾斜姿态，预热时的能量就会损失较大，则会浪费更长的预热时间。本发明实施例软件会自动将火焰切割方式图4的机器人工作路径设置为首先垂直预热，即位置姿态①，当预热结束后为位置姿态②，然后切割至位置姿态③；对于等离子切割方式图5的机器人工作路径为位置姿态①切割至位置姿态②即可。

步骤102-4：确定机器人工作路径后，根据在工件坐标系下机器人路径各点上的坐标、该路径的路径方向、该路径的坡口角度，计算出该路径上每一点的在机器人直角坐标空间下的位姿，以及各关节的关节角度。通过采用齐次坐标变换来描述机器人各关节坐标之间以及工件与机器人之间的关系。

1)机器人工件坡口切割过程中，末端的切割头始终沿着坡口边方向运动，并且切割头与工件上平面坡口边所形成的夹角为设定的工件坡口角度，如此就得到了机器人末端在工件坐标系下的位姿；

2)根据机器人末端在工件坐标系下机器人路径中各点的坐标及位姿将其转化为机器人基坐标系下的点坐标及位姿(以T6来描述)；

3)根据机器人基坐标系下的点坐标及位姿解机器人逆运动学方程求出机器人各关节的旋转角度即关节变量θ_n。

其中，求逆运动学方程的解，就是已知机器人末端相对于机器人基坐标系直角坐标空间的位姿T6，求出关节变量θ_n。具体过程如下：由于T6＝A1A2A3A4A5A6，根据机器人连杆参数设置确定An(n＝1,2,3,4,5,6)。

An为第n关节相对于n-1关节坐标的齐次坐标变换，由关节变量θ_n和机器人各关节α_n－1的值确定。α_n－1表示第n个连杆对于第n-1个连杆的关节扭角。

$A_n=\left[\begin{array}{cccc}\cos {\mathrm{\θ}}_n& {-\sin \mathrm{\θ}}_n& 0& a_n-1\\ {\sin \mathrm{\θ}}_n\cos {\mathrm{\α}}_n-1& {\cos \mathrm{\θ}}_n{\cos \mathrm{\α}}_n-1& {-\sin \mathrm{\α}}_n-1& {-d}_n{\sin \mathrm{\α}}_n-1\\ {\sin \mathrm{\θn}}_n{\sin \mathrm{\α}}_n-1& {\cos \mathrm{\θ}}_n{\sin \mathrm{\α}}_n-1& \cos {\mathrm{\α}}_n-1& d_n{\cos \mathrm{\α}}_n-1\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

根据机器人各关节α_n－1的值，可以得到以下关于A1～A6的矩阵，：

$\begin{array}{cc}A1=\left[\begin{array}{cccc}\cos {\mathrm{\θ}}_1& {-\sin \mathrm{\θ}}_1& 0& 0\\ {\sin \mathrm{\θ}}_1& {\cos \mathrm{\θ}}_1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]& A2=\left[\begin{array}{cccc}{\cos \mathrm{\θ}}_2& {-\sin \mathrm{\θ}}_2& 0& a_1\\ 0& 0& 1& 0\\ {-\sin \mathrm{\θ}}_2& -{\cos \mathrm{\θ}}_2& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\end{array}$

$\begin{array}{cc}A3=\left[\begin{array}{cccc}\cos {\mathrm{\θ}}_3& {-\sin \mathrm{\θ}}_3& 0& a_2\\ {\mathrm{Sin\θ}}_3& {\mathrm{Cos\θ}}_3& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]& A4=\left[\begin{array}{cccc}{\cos \mathrm{\θ}}_4& {-\sin \mathrm{\θ}}_4& 0& a_3\\ 0& 0& 1& d_4\\ {-\sin \mathrm{\θ}}_4& -{\cos \mathrm{\θ}}_4& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\end{array}$

$\begin{array}{cc}A5=\left[\begin{array}{cccc}\cos {\mathrm{\θ}}_5& {-\sin \mathrm{\θ}}_5& 0& 0\\ 0& 0& -1& 0\\ {\mathrm{Sin\θ}}_5& \mathrm{Cos}{\mathrm{\θ}}_5& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]& A6=\left[\begin{array}{cccc}{\cos \mathrm{\θ}}_6& {-\sin \mathrm{\θ}}_6& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ {-\sin \mathrm{\θ}}_6& -{\cos \mathrm{\θ}}_6& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]\end{array}$

将a_n－1与d_n的值代入，其中a_n－1表示第n-1个连杆的长度,d_n表示第n+1连杆与第n连杆之间公共法线的距离。对上述矩阵进行求解，得到机器人路径上每一点的θ₁～θ₆。

由于机器人各关节变量的相互耦合，后面计算的关节变量与前面的关节变量有关，当前面关节变量的计算结果发生变化时，后面关节变量计算的结果也会发生变化，所以逆运动方程的解不是唯一的，根据机器人的组合形态和各关节的运动范围，经过多次反复计算，按照关节变量与前一状态的关节变量之差较小的原则来选择其中的最优解。并对该机器人离线数据代码进行计算机模拟、仿真和防碰撞数据验证。

由于所生成的机器人离线数据代码是以机器人的各关节角度为基础的，在生成离线数据代码之前就能对这些关节变量进行判断并选择机器人能够实现的位置姿态，因此本发明实施例中可以在实际切割加工前就模拟出机器人的全部工作姿态和路径。

步骤103：将上述经过处理的机器人离线数据代码传输到机器人控制器中，从而控制机器人完成板材工件的坡口切割加工。

以OTC NV6工业机器人为例，OTC机器人并无直接输入外部机器人工作程序的接口，但可以通过OTC的ED编辑软件外部接口，将生成的机器人工作数据以计算机程序方式传输到机器人控制器中。Motoman的工业机器人可以通过motocom32应用程序接口将生成的机器人工作程序传输到机器人控制器中，控制机器人完成板材工件的坡口切割。其中，外部机器人工作程序的传输方式根据机器人型号的不同可能不同，有些工业机器人可以通过RS-232传输，有些则可以通过网线传输，或通过USB接口传输。

接下来对本发明实施例所述装置进行详细说明。

如图9所示，图9为本发明实施例所述装置的结构示意图，具体可以包括：

读取模块901，在CAD中读取二维图形设计文件并对文件中的工件设置坡口特征；

离线数据生成模块902，用于打开设置好工件坡口特征的文件，利用预先建立或者已有的机器人模型以及选定的机器人路径，生成不同的机器人离线数据代码；

仿真模块903，用于对所生成的离线数据代码进行计算机模拟、仿真和防碰撞数据验证，然后输出给输入控制模块904；

输入控制模块904，用于接收仿真模块903输出的机器人离线数据代码，将其传输到机器人控制器中，从而控制机器人完成板材工件的坡口切割。

其中，离线数据生成模块具体用于，在机器人路径产生后，根据在工件坐标系下机器人路径各点的坐标，该路径的路径方向，该路径的坡口角度，计算该路径上每一点的机器人直角坐标空间的位姿以及各关节的旋转角度；通过采用齐次坐标变换来描述机器人机械手各关节坐标之间以及工件与机器人之间的关系，从而生成机器人离线数据代码。

离线数据生成模块计算，计算该路径上每一点的机器人直角坐标空间的位姿以及各关节的旋转角度的过程包括：机器人工件坡口切割过程中，末端的切割头始终沿着坡口边方向运动，并且切割头与工件上平面坡口边所形成的夹角为设定的工件坡口角度，如此就得到了机器人末端在工件坐标系下的位姿；根据机器人末端在工件坐标系下机器人路径中各点的坐标及位姿，将工件坐标系下路径中各点的坐标及位姿转化为机器人基坐标系下的坐标及位姿；根据机器人基坐标系下各点的坐标及位姿，解机器人逆运动学方程求出机器人各关节的旋转角度即关节变量。

对于本发明实施例所述装置各个模块的具体实现过程，由于上述方法中已有详细说明，故此处不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供了一种控制机器人切割工件坡口的方法及装置，可以通过读取工件的CAD数据文件，结合工件的坡口参数和工艺，转换成基于机器人坐标系的机器人的坡口切割工作路径和轨迹指令文件，并对这些轨迹进行加工前的计算机模拟、仿真和防碰撞数据验证，确认这些点为工业机器人可以到达的点，实际生产过程中控制机器人的动作和姿态，以实现板材工件二次坡口的切割加工。

本发明通过对机器人末端坐标位置和姿态的设计和机器人运动轨迹算法的研发和实现，实现控制机器人伺服驱动使机器人到达指定空间目标、位置和姿态，从而使本方法实现基于完全自主核心知识产权的机器人离线编程和完成板材坡口切割控制的技术，与传统的示教编程相比可以减少机器人停机时间，使操作者远离危险和恶劣的工作环境。彻底改变依靠人工目测“示教编程”控制坡口切割机器人动作、轨迹的传统落后工作模式，提高工业机器人的智能化程度，从而实现科学技术到生产力的转化，把劳动者彻底从工业加工现场解放出来。

本领域技术人员可以理解，实现上述专利实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机软件程序来指令相关的硬件完成，所述的软件程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种控制机器人切割工件坡口的方法，其特征在于，包括：

在CAD中读取二维图形设计文件并对文件中的工件设置坡口特征；

打开设置好坡口特征的工件图形文件，利用预先建立或者已有的机器人模型以及选定的机器人路径，计算得到该路径每一点对应的机器人各关节的关节变量并据此生成对应的机器人离线数据代码；

将生成的机器人离线数据代码传输到机器人控制器中，从而控制机器人完成板材工件的坡口切割。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征，还包括：

对该机器人离线数据代码进行计算机模拟、仿真和防碰撞数据验证后再传输到机器人控制器中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括：

在CAD中，打开已有的工件二维图形或者对工件进行二维图形设计；

利用对CAD的二次开发，输入坡口高度及角度参数后，在CAD中选取所有具有此坡口特性的工件切割边，完成具有该坡口特征切割边的设置；依次设置完工件的所有坡口特征后，将此带有坡口特征的工件设计文件进行保存。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括：

根据机器人模型的基本参数、机器人位置的表示形式、机器人工具参数以及工具方向、机器人安装形式、机器人基座相对于切割工件底面的高度及其他相关参数，生成并保存机器人模型。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在生成机器人离线数据代码之前需要用户对工件坡口的切割方式进行设定，从而根据不同工件的切割方式产生不同的机器人工作路径。

6.根据权利要求1到5中任意一项所述的方法，其特征在于，

在机器人工作路径产生后，根据在工件坐标系下机器人路径各点的坐标，该路径的路径方向，该路径的坡口角度，计算该路径上每一点的机器人直角坐标空间的位姿，以及各关节的旋转角度；

通过采用齐次坐标变换来描述机器人机械手各关节坐标之间以及被切割加工工件与机器人之间的关系。

7.根据权利要求1到6中任意一项所述的方法，其特征在于，

机器人在完成工件坡口的切割过程中，末端的切割头始终沿着工件坡口边的方向运动，并且切割头与工件上平面坡口边所形成的夹角为设定的工件坡口角度，如此就得到了机器人末端在工件坐标系下的位姿；

将工件坐标系下路径中各点的坐标及位姿转化为机器人基坐标系下的坐标及位姿；

根据机器人基坐标系下各点的坐标及位姿，解机器人逆运动学方程求出机器人各关节的旋转角度即关节变量。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

解逆运动学方程的解，即已知机器人末端相对于机器人基坐标系直角坐标空间的位姿T6，求出关节变量θ_n，具体过程包括：

由于T6＝A1 A2 A3 A4 A5 A6，根据机器人关节坐标设置确定A_n(n＝1，2，3，4，5，6)，A_n为第n关节相对于n-1关节坐标的齐次坐标变换，即

$A_n=\left[\begin{array}{cccc}\cos {\mathrm{\θ}}_n& -\sin {\mathrm{\θ}}_n& 0& a_{n-1}\\ \sin {\mathrm{\θ}}_n\cos {\mathrm{\α}}_{n-1}& \cos {\mathrm{\θ}}_n\cos {\mathrm{\α}}_{n-1}& -\sin {\mathrm{\α}}_{n-1}& -d_n\sin {\mathrm{\α}}_{n-1}\\ \sin {\mathrm{\θ}}_n\sin {\mathrm{\α}}_{n-1}& \cos {\mathrm{\θ}}_n\sin {\mathrm{\α}}_{n-1}& \cos {\mathrm{\α}}_{n-1}& d_n\cos {\mathrm{\α}}_{n-1}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

根据机器人各关节的α_n－1值、a_n－1值、d_n值，计算得到多个关节变量θ_n；其中α_n－1表示第n个连杆对于第n-1个连杆的关节扭角,a_n－1表示第n-1个连杆的长度，d_n表示第n+1连杆与第n连杆之间公共法线的距离，

根据机器人的组合形态和各关节的运动范围，经过多次反复计算，按照关节变量与前一状态的关节变量之差较小的原则来选择其中的最优关节变量。

9.一种控制机器人切割工件坡口的装置，其特征在于，包括：

读取模块，在CAD中读取二维图形设计文件并对文件中的工件设置坡口特征；

离线数据生成模块，用于打开设置好坡口特征的工件图形文件，利用预先建立或者已有的机器人模型以及选定的机器人路径，计算得到该路径每一点对应的机器人各关节的关节变量并据此生成对应的机器人离线数据代码；

输入控制模块，用于接收机器人离线数据代码，将其传输到机器人控制器中，从而控制机器人完成板材工件的坡口切割。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

仿真模块，用于对所生成的离线数据代码进行计算机模拟、仿真和防碰撞数据验证，然后输出给输入控制模块。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述离线数据生成模块具体用于，在机器人路径产生后，根据在工件坐标系下机器人路径各点的坐标，该路径的路径方向，该路径的坡口角度，计算该路径上每一点的机器人直角坐标空间的位姿以及各关节的旋转角度；通过采用齐次坐标变换来描述机器人机械手各关节坐标之间以及工件与机器人之间的关系，从而生成机器人离线数据代码。

12.根据权利要求9到11中任意一项所述的装置，其特征在于，所述离线数据生成模块，计算该路径上每一点的机器人直角坐标空间的位姿以及各关节的旋转角度的过程包括：机器人工件坡口切割过程中，末端的切割头始终沿着坡口边方向运动，并且切割头与工件上平面坡口边所形成的夹角为设定的工件坡口角度，如此就得到了机器人末端在工件坐标系下的位姿；根据机器人末端在工件坐标系下机器人路径中各点的坐标及位姿，将工件坐标系下路径中各点的坐标及位姿转化为机器人基坐标系下的坐标及位姿；根据机器人基坐标系下各点的坐标及位姿，解机器人逆运动学方程求出机器人各关节的旋转角度即关节变量。