CN106003066B

CN106003066B - 一种机器人程序控制系统

Info

Publication number: CN106003066B
Application number: CN201610509205.1A
Authority: CN
Inventors: 李海川
Original assignee: Beijing Power Polytron Technologies Inc
Current assignee: Beijing power Polytron Technologies Inc
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2018-07-03
Anticipated expiration: 2035-12-23
Also published as: CN105364928A; CN105364928B; CN106003066A

Abstract

一种机器人控制系统，其通过离线编程系统生成机器人系统的焊接示教程序，其中通过排序单元对于各组夹具的角度进行排序后，基于该排序进行各组夹具的焊接路径，从而在相邻的两次机器人角度变化中，仅需要使机器人变化较小的角度，从而减小了机器人角度的调节。

Description

一种机器人程序控制系统

技术领域

本发明涉及一种机器人的程序控制领域。

背景技术

随着劳动力成本的不断提高，工业机器人应用也越来越普及。工业机器人是高新技术密集的机电一体化产品。它是提高生产过程自动化，改善劳动环境条件，提高产品质量和生产效率的一种非常有效的手段，也是技术革命的重要内容之一。

机器人特别适用于多品种，变批量的柔性化作业，对于稳定提高产品质量，提高劳动生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人控制技术的主要任务就是控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有可编程、可软件菜单操作、可进行人机交互、使用方便的特点。

目前，机器人运动控制主要包括在线示教和离线编程两种方式。在线示教是通过机器人示教盒控制机器人的运动，首先通过手动示教，记录机器人的运动轨迹，然后机器人沿示教时记录的轨迹自主运动，完成特定运动轨迹。离线编程示教是将作业过程所需要路径模型信息输入到交互式机器人系统软件，根据输入信息该模块自动产生机器人运动轨迹和程序，并针对不同的加工过程设置相应的加工过程参数，对生产过程进行控制。离线编程技术的优点在于加工精度非常高，控制精度和设备使用率高。目前，工业机器人离线编程技术作为工业机器人应用中一项关键性技术，已渐趋成熟。

现有技术中，CN100361793C的发明专利提出了一种焊接机器人示教程序的离线编程系统，在离线编程装置上生成焊接程序时，自动地判断在机器人进行焊接的焊接线上是否存在引起干涉的固定焊接对象工件的紧固夹具，在判断特定紧固夹具发生干涉的情况下，通过调整焊接机器人的角度和位置，使其能够进行该紧固夹具一侧下方的焊接后，绕过该紧固夹具上方，在该紧固夹具的另一侧下方继续进行工件的焊接。但是，该发明的技术方案中，在绕过紧固夹具时，需要不断调整机械手的角度，尤其是对于存在多个不同形状夹具时，更增加系统负担；并且由于机械手的角度调整存在系统误差，因此可能导致紧固夹具下方的焊接加工精度不一致。

发明内容

本发明提供了一种机器人的离线编程系统，能够解决现有技术的上述问题。

作为本发明的一个方面，提供了一种离线编程系统，其用于生成机器人系统的焊接示教程序：包括：存储单元，其存储其显示与焊接机器人、焊接对象工件及固定该焊接对象工件的紧固夹具对应的各自的3维模型；路径指定单元，其指定所述焊接对象工件的3维模型指定焊接路径；程序生成单元，其生成指示机器人进行焊接的示教程序；所述紧固夹具包括多个不同形状的夹具；还包括统计单元，其根据存储的三维模型，对指定焊接路径上的紧固夹具进行分组，将形状相同的紧固夹具分为同一组别，将分组后组别的形状以及位置存储在所述存储单元中；机器人路径生成单元，其基于所述存储单元中存储的分组后的紧固夹具数据，生成能够避免紧固夹具干涉的机器人路径；所述程序生成单元居于所述机器人路径，生成指示机器人进行焊接的示教程序。

优选的，还包括机器人第一路径确定单元，所述机器人第一路径确定单元确定各组夹具的第一位置、第一角度、第一焊接路径以及第一回退路径；机器人第二路径确定单元，所述第二路径确定单元确定各组夹具的第二位置、第二角度、第二焊接路径以及第二回退路径；所述机器人路径生成单元生成如下的机器人路径：（1）对于各组夹具的每一组：a.1）将机器人设置为第一角度，保持机器人的第一角度不变，机器人对准该组的第一夹具的第一位置，以第一焊接路径焊接后，以第一回退路径退后该第一夹具的第一位置，提升高度H1，将其移动到该组下一夹具的第一位置；a.2）沿着焊接路径方向，保持机器人的第一角度不变，对于该组的不是最后一个的第i夹具，以步骤a.1）的方式确定第i夹具的机器人路径；a.3）对于该组的最后一个夹具，机器人使用第一角度对准该夹具的第一位置，以第一焊接路径焊接后，第一回退路径退后该夹具的第一位置，提升高度H2，将机器人角度变更为第二角度；b.1）保持第二角度不变，使用第二角度对准该组最后一个夹具的第二位置，以第二焊接路径焊接后，第二回退路径退后该最后一个夹具的第二位置，提升高度H1，将其移动到该组上一夹具的第二位置；b.2)逆着焊接路径方向，保持机器人的第二角度不变，对于该组的不是第一夹具的第i夹具，以步骤b.1）的方式确定第i夹具的机器人路径；b.3) 对于该组的第一夹具，机器人使用第二角度对准该夹具的第二位置，以第二焊接路径焊接后，第二回退路径退回该夹具的第二位置；完成该组夹具的机器人路径；（2）依次完成各组夹具的机器人路径后，沿着指定焊接路径，生成没有夹具的位置的机器人路径。

可替换的，还包括机器人第一路径确定单元，所述机器人第一路径确定单元确定各组夹具的第一位置、第一角度、第一焊接路径以及第一回退路径；机器人第二路径确定单元，所述第二路径确定单元确定各组夹具的第二位置、第二角度、第二焊接路径以及第二回退路径；排序单元，其对于各组夹具的第一角度进行第一排序，对于各组夹具的第二角度进行第二排序；所述机器人路径生成单元生成如下的机器人路径：（1）按照第一排序中的第一角度大小，依次对于各组夹具进行如下操作，直到该第一排序结束：a.1）将机器人设置为该组夹具的第一角度，保持机器人的第一角度不变，机器人对准该组的第一夹具的第一位置，以第一焊接路径焊接后，以第一回退路径退后该夹具的第一位置，提升高度H1，将其移动到该组下一夹具的第一位置；a.2）沿着焊接路径方向，保持机器人的第一角度不变，对于该组的不是最后一个的第i夹具，以步骤a.1）的方式确定第i夹具的机器人路径；a.3）对于该组的最后一个夹具，机器人使用第一角度对准该夹具的第一位置，以第一焊接路径焊接后，第一回退路径退后该夹具的第一位置，提升高度H1；（2）按照第二排序中的第二角度大小，依次对于各组夹具进行如下操作，直到该第二排序结束：b.1）将机器人设置为该组夹具的第二角度，保持机器人的第二角度不变，机器人对准该组的第一夹具的第二位置，以第二焊接路径焊接后，以第二回退路径退后该第一夹具的第二位置，提升高度H1，将其移动到该组下一夹具的第二位置；b.2）沿着焊接路径方向，保持机器人的第二角度不变，对于该组的不是最后一个的第i夹具，以步骤b.1）的方式确定第i夹具的机器人路径；b.3）对于该组的最后一个夹具，机器人使用第二角度对准该夹具的第二位置，以第二焊接路径焊接后，第二回退路径退后该第夹具的第二位置，提升高度H1；（3）完成各组夹具的机器人路径后，沿着指定焊接路径，生成没有夹具的位置的机器人路径。

优选的，所述没有夹具的位置的机器人路径如下：保持机器人竖直对准焊接表面，1）焊接起点到沿指定焊接路径上第一夹具的第一位置的路径；2）依次进行的上一夹具的第二位置到下一夹具第一位置的路径；3）最后一个夹具的第二位置到焊接终点的路径。

优选的，所述第一位置为距离所述夹具在焊接路径投影中点第一特定距离的点；所述第二位置为距离所述夹具在焊接路径投影中点第二特定距离的点。所述第一特定距离和第二特定距离由所述夹具的结构确定。

优选的，所述H1为所有夹具中最高夹具的高度；所述H2为该组夹具中最后一个夹具的高度。

优选的，还包括上载单元，其用于将生成的示教程序上载到机器人系统中。

优选的，在所述焊接路径上，所述第一位置位于所述第二位置的上游。

优选的，所述第一焊接路径的终点和所述第二焊接路径终点为同一个点。

附图说明

图1是本发明实施例中机器人系统的焊接示意图。

图2是本发明实施例中离线编程系统的框架图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将使用实施例对本发明进行简单地介绍。这些实施例，跟它们的优点和特征一起在此公开，将通过参考下列说明和附图变得明显。而且，应当理解，在此描述的各种各样的实施例的特征不互斥，并且能在各种各样的组合和换变过程中存在。

参见图1和图2，本发明的离线编程系统10，生成用于焊接机器人20对焊接工件30的示教程序。焊接工件30的焊接表面为长方形平面，其上具有多组不同形状的紧固夹具40。在本实施例中，紧固夹具40具有包括两组不同形状的夹具，每组具有两个夹具(401，401’)/(402，402’)。指定焊接路径为Q1到Q2，其为通过每个夹具下方的直线。

离线编程系统，包括：存储单元101，路径指定单元102，程序生成单元103，统计单元104，机器人路径生成单元105，机器人第一路径确定单元106以及机器人第二路径确定单元107。优选的，还可以设置显示单元，用于显示焊接机器人20，焊接工件30以及紧固夹具40的三维模型。

存储单元101，其存储其显示与焊接机器人20、焊接工件20及固定该焊接工件20的紧固夹具40对应的各自的3维模型。路径指定单元102，其指定焊接工件20的3维模型指定焊接路径，本实施力中，指定焊接路径为Q1到Q2。

统计单元104，其根据存储单元101中的三维模型，对指定焊接路径Q1到Q2上的紧固夹具进行分组，将形状相同的紧固夹具分为同一组别，本实施例中分为两组，第一组(401，401’)，第二组(402，402’)，将分组后组别的形状以及位置存储在存储单元101中。

机器人第一路径确定单元106，其确定第一组夹具（401，401’）的第一位置P1，第一角度、第一焊接路径以及第一回退路径。该P1点为距离夹具（401，401’）在焊接路径投影中点第一特定距离的点，该第一特定距离能够使机器人以第一角度焊接到第一路径终点时能够不触碰夹具（401，401’）。第一焊接路径为P1点到第一路径终点的路径，该第一路径终点可以为夹具（401，401’）在焊接路径投影中点，或者靠近该投影中点的点。第一回退路径为该第一路径终点到P1点的路径。机器人第一路径确定单元106，还确定第二组夹具(402，402’)的第一位置P2，第一角度、第一焊接路径以及第一回退路径，其确定方式与第一组夹具（401，401’）一样，在此不具体详述。

机器人第二路径确定单元107，其确定第一组夹具（401，401’）的第二位置W1，第二角度、第二焊接路径以及第二回退路径。该W1点为距离夹具（401，401’）在焊接路径投影中点第二特定距离的点，其位于P1点在指定焊接路径的下游。该第二特定距离能够使机器人以第二角度焊接到第二路径终点时能够不触碰夹具（401，401’）。第二焊接路径为W1点到第二路径终点的路径，该第二路径终点可以为夹具（401，401’）在焊接路径投影中点，其与第一路径终点重合，或者靠近该投影中点的点。第二回退路径为该第二路径终点到P1点的路径。机器人第二路径确定单元107，还确定第二组夹具(402，402’)的第二位置W2，第二角度、第二焊接路径以及第二回退路径，其确定方式与第一组夹具（401，401’）一样。

机器人路径生成单元105基于机器人第一路径确定单元106以及机器人第二路径确定单元107，生成如下的机器人路径：（a）对于（401，401’），（1）将机器人设置为该组的第一角度，保持机器人的第一角度不变，机器人对准夹具401的第一位置P1，以第一焊接路径焊接后，以第一回退路径退后夹具401的第一位置P1，提升高度H1，将其移动到401’的第一位置P1；（2）机器人保持第一角度对准夹具401’的第一位置P1，以第一焊接路径焊接后，第一回退路径退后到夹具401’的第一位置P1，提升高度使其超过401’，将机器人角度变更为第二角度；(3）保持第二角度不变，使用第二角度对准夹具401’的第二位置W1，以第二焊接路径焊接后，第二回退路径退回夹具401’的第二位置W1，提升高度H1，将其移动到夹具401的第二位置W1；（4）机器人保持第二角度对准夹具401的第二位置W1，以第二焊接路径焊接后，第二回退路径退回夹具401的第二位置W1，完成第一组夹具的机器人路径；（b）完成（a），对于(402，402’)，（1）将机器人设置为该组的第一角度，保持机器人的第一角度不变，机器人对准夹具402的第一位置P2，以其第一焊接路径焊接后，以其第一回退路径退后夹具402的第一位置P2，提升高度H1，将其移动到402’的第一位置P2；（2）机器人保持该组的第一角度对准夹具402’的第一位置P2，以其第一焊接路径焊接后，第一回退路径退后到夹具402’的第一位置P2，提升高度使其超过夹具402’，将机器人角度变更为该组的第二角度；(3）保持第二角度不变，使用第二角度对准夹具402’的第二位置W2，以其第二焊接路径焊接后，第二回退路径退回夹具402’的第二位置W2，提升高度H1，将其移动到夹具402的第二位置W2；（4）机器人保持该组的第二角度对准夹具402的第二位置W2，以其第二焊接路径焊接后，第二回退路径退回夹具402的第二位置W2，完成第二组夹具的机器人路径；（c）确定没有夹具的位置的机器人路径如下：保持机器人竖直对准焊接表面，Q1点到夹具401的P1点，夹具401的W1点到夹具402的P2点，夹具402的W2点到夹具401’的P1点，夹具401’的W1点到夹具402’的P2点，夹具402’的W2点到Q2点。其中，H1为402,402’的高度。

程序生成单元103居于机器人路径生成单元105生成的机器人路径，生成指示机器人进行焊接的示教程序。优选的，可以设置上载单元，其用于将生成的示教程序上载到机器人系统中。

通过上述第一实施例的技术方案，在生成焊接路径时，通过将夹具分组进行焊接设置，避免了多次改变机器人角度，增加了焊接精度的准确性。

作为本发明的第二实施例，其机器人路径生成单元105与上述第一实施例不同。本发明另外一个实施例的离线编程系统，还包括排序单元，其对于各组夹具的第一角度进行第一排序，对于各组夹具的第二角度进行第二排序；所述机器人路径生成单元生成如下的机器人路径：（1）按照第一排序中的第一角度大小，依次对于各组夹具进行如下操作，直到该第一排序结束：a.1）将机器人设置为该组夹具的第一角度，保持机器人的第一角度不变，机器人对准该组的第一夹具的第一位置，以第一焊接路径焊接后，以第一回退路径退后该夹具的第一位置，提升高度H1，将其移动到该组下一夹具的第一位置；a.2）沿着焊接路径方向，保持机器人的第一角度不变，对于该组的不是最后一个的第i夹具，以步骤a.1）的方式确定第i夹具的机器人路径；a.3）对于该组的最后一个夹具，机器人使用第一角度对准该夹具的第一位置，以第一焊接路径焊接后，第一回退路径退后该夹具的第一位置，提升高度H1；（2）按照第二排序中的第二角度大小，依次对于各组夹具进行如下操作，直到该第二排序结束：b.1）将机器人设置为该组夹具的第二角度，保持机器人的第二角度不变，机器人对准该组的第一夹具的第二位置，以第二焊接路径焊接后，以第二回退路径退后该第一夹具的第二位置，提升高度H1，将其移动到该组下一夹具的第二位置；b.2）沿着焊接路径方向，保持机器人的第二角度不变，对于该组的不是最后一个的第i夹具，以步骤b.1）的方式确定第i夹具的机器人路径；b.3）对于该组的最后一个夹具，机器人使用第二角度对准该夹具的第二位置，以第二焊接路径焊接后，第二回退路径退后该第夹具的第二位置，提升高度H1；（3）完成各组夹具的机器人路径后，沿着指定焊接路径，生成没有夹具的位置的机器人路径。

在本发明的第二实施例中，通过排序单元对于各组夹具的角度进行排序后，基于该排序进行各组夹具的焊接路径，从而在相邻的两次机器人角度变化中，仅需要使机器人变化较小的角度，从而减小了机器人角度的调节。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述公开内容之后，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，在不脱离本发明原理前提下，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种机器人控制系统，其通过离线编程系统生成机器人系统的焊接示教程序，所述离线编程系统包括：机器人第一路径确定单元，所述机器人第一路径确定单元确定各组夹具的第一位置、第一角度、第一焊接路径以及第一回退路径；机器人第二路径确定单元，所述第二路径确定单元确定各组夹具的第二位置、第二角度、第二焊接路径以及第二回退路径；排序单元，其对于各组夹具的第一角度进行第一排序，对于各组夹具的第二角度进行第二排序；所述机器人路径生成单元生成如下的机器人路径：（1）按照第一排序中的第一角度大小，依次对于各组夹具进行如下操作，直到该第一排序结束：a.1）将机器人设置为该组夹具的第一角度，保持机器人的第一角度不变，机器人对准该组的第一夹具的第一位置，以第一焊接路径焊接后，以第一回退路径退后该夹具的第一位置，提升高度H1，将其移动到该组下一夹具的第一位置；a.2）沿着焊接路径方向，保持机器人的第一角度不变，对于该组的不是最后一个的第i夹具，以步骤a.1）的方式确定第i夹具的机器人路径；a.3）对于该组的最后一个夹具，机器人使用第一角度对准该夹具的第一位置，以第一焊接路径焊接后，第一回退路径退后该夹具的第一位置，提升高度H1；（2）按照第二排序中的第二角度大小，依次对于各组夹具进行如下操作，直到该第二排序结束：b.1）将机器人设置为该组夹具的第二角度，保持机器人的第二角度不变，机器人对准该组的第一夹具的第二位置，以第二焊接路径焊接后，以第二回退路径退后该第一夹具的第二位置，提升高度H1，将其移动到该组下一夹具的第二位置；b.2）沿着焊接路径方向，保持机器人的第二角度不变，对于该组的不是最后一个的第i夹具，以步骤b.1）的方式确定第i夹具的机器人路径；b.3）对于该组的最后一个夹具，机器人使用第二角度对准该夹具的第二位置，以第二焊接路径焊接后，第二回退路径退后该夹具的第二位置，提升高度H1；（3）完成各组夹具的机器人路径后，沿着指定焊接路径，生成没有夹具的位置的机器人路径；其中，上述H1为所有夹具中最高夹具的高度。

2.根据权利要求1所述的机器人控制系统，其特征在于：所述没有夹具的位置的机器人路径如下：保持机器人竖直对准焊接表面，1）焊接起点到沿指定焊接路径上第一夹具的第一位置的路径；2）依次进行的上一夹具的第二位置到下一夹具第一位置的路径；3）最后一个夹具的第二位置到焊接终点的路径。

3.根据权利要求2所述的机器人控制系统，其特征在于：所述第一位置为距离所述夹具在焊接路径投影中点第一特定距离的点；所述第二位置为距离所述夹具在焊接路径投影中点第二特定距离的点；所述第一特定距离和第二特定距离由所述夹具的结构确定。