CN104875204A - 一种等离子空间切割机器人的离线编程模块及应用方法 - Google Patents
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Abstract
一种等离子空间切割机器人的离线编程模块，包括：DXF文件解析模块、运动规划模块、运动控制器通讯模块、运动伺服模块；把本发明的优点是主要完成利用计算机图形学，建立起机器人及其工作环境的几何模型，通过规划算法及对图形的控制和操作，在离线情况下对等离子空间切割机器人进行轨迹规划；本发明简单易用，成本低廉；由于巧妙的运用DXF文件这种AutoCAD与外部环境联系的常用接口方式，使得一般工程操作人员能够立即掌握其使用方法，容易为一般用户接受。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种等离子切割机器人技术领域的系统，特别是一种等离子空间切割机器人的离线编程模块及应用方法。
背景技术
在工业机器人的使用中，目前一般仍采用示教编程的方法，即手动控制机器人沿所需的轨迹运动，同时记录运动轨迹，示教编程一方面较为繁琐，另一方面往往还需要先有样品才能示教。而现在随着CAD、CAM技术的发展，机器人工作轨迹可以从电子图纸中直接获得，效率更高的离线编程模式成为必然。
目前市场上的国内外机器人多数仍使用专用机器人动作编程语言进行编程，例如日本安川公司的MOTOMAN机器人使用INFORMII语言作为动作编程语言。但专用机器人动作编程语言专业程度高，应用不广泛，掌握此项语言技能的专业技术人员极少，企业外派人员进行培训，成本高周期长。易学易用的编程工具是目前市场上急需的，国外生产厂商虽然也开发了相应的编程软件，但价格昂贵，限制了其推广使用。
AutoCAD绘图软件在机械设计及制造中应用广泛，所有的CAD/CAM系统都具备与AutoCAD接口的功能，这些接口方式是通过图形数据文件来实现的，DXF文件是AutoCAD与外部环境联系的主要接口方式之一，把有关图形的所有信息按规定格式编写成ASCII文件，可供高级语言编写的应用程序调用，是CAD领域的工业标准之一。提取机器人的作业路径模型中DXF格式的信息，再生成机器人的可执行文件，是机器人离线编程的重要途径。
发明内容
本发明的目的在于客服现有技术中之不足，提供一种易学易用、成本较低的等离子切割机器人离线编程系统，使其可达到对等离子切割机器人实现离线编程的目的，并且具有快速、功能简洁、成本低廉的特点，容易为一般客户接受。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种等离子空间切割机器人的离线编程模块，包括：DXF文件解析模块、运动规划模块、运动控制器通讯模块、运动伺服模块；
所述DXF文件解析模块实现对DXF文件包含的轨迹信息及相应加工参数进行解析，提取出需要的几何信息，便于机器人进行轨迹规划。
所述运动规划模块包括序列规划，分析实体，轨迹规划和反解，实现生成机器人运动轨迹；
所述运动控制器通讯模块，实现与机器人远程通信和远程控制，通过对机器人通信协议的分析，将运动规划模块处理后的文件与运动伺服模块进行通信，实现工作程序的上传下载以及远程控制操作。
所述运动伺服模块包括运动伺服指令和IO操作指令，此部分直接面向伺服机器人控制器及外围IO模块；运动伺服模块实现将运动控制器通讯模块下发的工作程序和远程操作指令转化为相应控制器能够识别的指令类型。
所述运动规划模块中的序列规划通过序列规划生成一个满足作业限制的最优作业序列，以时间作为规划优劣的度量标准；序列规划输入是DXF文件对应的Dxf Doeument对象，输出是规划好次序的实体列表， 用实体的父类IEntityObject的列表来表示。
所述的运动控制器通讯模块，能够实现机器人远程通信和远程控制。
一种等离子空间切割机器人的离线编程模块的应用方法，所述步骤如下：
步骤一：将绘图软件生成的DXF文件到机器人运动程序的转换，对DXF文件进行编译，生成含有运动控制信息的中间数据；
步骤二： 提取包含有运动控制信息的中间数据，按切割运动次序以链表的形式存储，完成一次转换，转换数据备用；
步骤三：在运动控制器通讯模块、运动伺服模块中，填写相应的通讯及控制参数；
步骤四：启动运动规划模块，装载DXF解析模块生成的数据，连接运动控制器通讯模块。
进一步的，所述DXF文件的格式为ASCII数据格式。
相对于现有的系统，本发明的突出优点是精确和快速，由于可以由设计图纸直接获得相关数据，写入控制程序文件，比示教法手动操作工业机器人，肉眼目测找准的方式要简便、快捷、精确的多；另一个重要优点是编程是离线进行的，不需占用工业机器人设备即可编程；相对于其它等离子切割机器人离线编程系统，简单易用，成本低廉；由于巧妙的运用DXF文件这种AutoCAD与外部环境联系的常用接口方式，使得一般工程操作人员能够立即掌握其使用方法，容易为一般用户接受。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以本发明技术方案前提下进行实施，给出了详细实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1所示，一种等离子空间切割机器人的离线编程模块，包括：DXF文件解析模块、运动规划模块、运动控制器通讯模块、运动伺服模块；
所述DXF文件解析模块实现对DXF文件包含的轨迹信息及相应加工参数进行解析，提取出需要的几何信息，便于机器人进行轨迹规划；
所述运动规划模块包括序列规划，分析实体，轨迹规划和反解，实现生成机器人运动轨迹。
所述运动控制器通讯模块，实现与机器人远程通信和远程控制，通过对机器人通信协议的分析，将运动规划模块处理后的文件与运动伺服模块进行通信，实现工作程序的上传下载以及远程控制操作。
所述运动伺服模块包括运动伺服指令和IO操作指令，此部分直接面向伺服机器人控制器及外围IO模块；运动伺服模块实现将运动控制器通讯模块下发的工作程序和远程操作指令转化为相应控制器能够识别的指令类型。
所述运动规划模块中的序列规划通过序列规划生成一个满足作业限制的最优作业序列，以时间作为规划优劣的度量标准；序列规划输入是DXF文件对应的Dxf Doeument对象，输出是规划好次序的实体列表， 用实体的父类IEntityObject的列表来表示。
所述的运动控制器通讯模块，能够实现机器人远程通信和远程控制。
一种等离子空间切割机器人的离线编程模块的方法，所述步骤如下：
步骤一：将绘图软件生成的DXF文件到机器人运动程序的转换，对DXF文件进行编译，生成含有运动控制信息的中间数据；
步骤二： 提取包含有运动控制信息的中间数据，按切割运动次序以链表的形式存储，完成一次转换，转换数据备用；
步骤三：在运动控制器通讯模块、运动伺服模块中，填写相应的通讯及控制参数；
步骤四：启动运动规划模块，装载DXF解析模块生成的数据，连接运动控制器通讯模块。
进一步的，所述DXF文件的格式为ASCII数据格式。
所述DXF文件解析模块实现由绘图软件生成的DXF文件到机器人的运动程序的转换，通过语法分析，对DXF文件中ASCII数据格式代码进行编译，生成包含有运动控制信息的中间数据，以便后续程序进行有效处理。
所述运动规划模块包括序列规划，分析实体，轨迹规划和反解，序列规划是指在一个特定的工作区域中自动生成一个从起始作业点开始，经过一系列作业点的最优工作序列；机器人的一次作业任务往往有几十个到上百个作业点，这些作业点的加工次序通常是任意的，或者仅仅存在局部的限制（即某几个作业点之间存在着固定的前后关系），通过序列规划生成一个能满足作业限制的最优作业序列，一般以时间作为规划优劣的度量标准。序列规划这部分的输入是DXF文件对应的Dxf Doeument对象，输出是规划好次序的实体列表，用实体的父类IEntityObject的列表来表示从实体列表中依次取出实体进行分析，轨迹规划，根据机器人的结构进行反解，得到每一个时刻各个关节的角度值，由运动伺服模块完成运动。分析实体部分根据图层和线型提取速度精度等参数，并根据实体的属性，提取轨迹的参数，如起点、终点等。轨迹规划是根据实体轨迹的起点、终点和速度，规划出一条最近的无障碍的轨迹，轨迹由一系列包含速度、加速度和位置信息的点组成；轨迹点通过反解，计算出轨迹点对应的机器人各个关节的角度。
所述运动控制器通讯模块，实现与机器人远程通信和远程控制，通过对机器人通信协议的分析，将运动规划模块处理后的文件与运动伺服模块进行通信，实现工作程序的上传下载以及远程控制操作。
所述所述运动伺服模块包括运动伺服指令和IO操作指令，此部分直接面向机器人控制器及外围IO模块。由于各个厂家机器人采用的机器人控制器都不尽相同，所有其能接受的指令形式也各异，此部分模块实现将运动控制器通讯模块下发的工作程序和远程操作指令转化为相应控制器能够识别的指令类型。
上述模块在本发明实施例使用方法，按照以下步骤进行：
首先需要对所使用的等离子切割机器人坐标原点进行校准，由于使用DXF生成的运动代码与机器人坐标不一致，等离子切割机器人必须工作在用户坐标下，要对用户坐标原点进行校准，该工作需用特定工装夹具只需进行一次。
接下来使用DXF解析模块，对需要进行切割的路径文件进行代码转化，具体实现过程为：调用DXF解析模块对DXF文件进行编译，根据其文件结构，提取包含有运动控制信息的中间数据，按切割运动次序以链表的形式存储，完成一次转换，转换数据备用。
在运动控制器通讯模块、运动伺服模块中，针对实际使用的控制器、扩展智能模块等填写相应的通讯及控制参数。
启动运动规划模块，装载DXF解析模块生成的数据，连接机器人控制器，接下来可以通过机器人控制器操作机器人执行工作。
Claims (5)
1.一种等离子空间切割机器人的离线编程模块，其特征在于：包括：DXF文件解析模块、运动规划模块、运动控制器通讯模块、运动伺服模块；
所述DXF文件解析模块实现对DXF文件包含的轨迹信息及相应加工参数进行解析，提取出需要的几何信息，便于机器人进行轨迹规划；
所述运动规划模块包括序列规划，分析实体，轨迹规划和反解，实现生成机器人运动轨迹；
所述运动控制器通讯模块，实现与机器人远程通信和远程控制，通过对机器人通信协议的分析，将运动规划模块处理后的文件与运动伺服模块进行通信，实现工作程序的上传下载以及远程控制操作；
所述运动伺服模块包括运动伺服指令和IO操作指令，此部分直接面向伺服机器人控制器及外围IO模块；运动伺服模块实现将运动控制器通讯模块下发的工作程序和远程操作指令转化为相应控制器能够识别的指令类型。
2.根据权利要求1所述一种等离子空间切割机器人的离线编程模块，其特征在于：所述运动规划模块中的序列规划通过序列规划生成一个满足作业限制的最优作业序列，以时间作为规划优劣的度量标准；序列规划输入是DXF文件对应的Dxf Doeument对象，输出是规划好次序的实体列表，用实体的父类IEntityObject的列表来表示。
3.根据权利要求1所述一种等离子空间切割机器人的离线编程模块，其特征在于：所述的运动控制器通讯模块，能够实现机器人远程通信和远程控制。
4.一种等离子空间切割机器人的离线编程模块的应用方法，其特征在于，所述步骤如下：
步骤一：将绘图软件生成的DXF文件到机器人运动程序的转换，对DXF文件进行编译，生成含有运动控制信息的中间数据；
步骤二： 提取包含有运动控制信息的中间数据，按切割运动次序以链表的形式存储，完成一次转换，转换数据备用；
步骤三：在运动控制器通讯模块、运动伺服模块中，填写相应的通讯及控制参数；
步骤四：启动运动规划模块，装载DXF解析模块生成的数据，连接运动控制器通讯模块。
5.根据权利要求4所述一种等离子空间切割机器人的离线编程模块的应用方法，其特征在于：所述DXF文件的格式为ASCII数据格式。
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