CN108139730B - 机器人离线编程方法以及使用其的装置 - Google Patents

Abstract

机器人离线编程方法。该方法包括：分别地获取表示在至少一个工件上的多个目标的位置和方向的第一数据、表示至少一个工件的位置的第二数据、表示工具的几何形状的第三数据以及表示工具相对于机器人端部的位置和方向的第四数据；获取工具的尖端行进通过至少一个工件上的多个目标的机器人路径；使用考虑第一数据、第二数据、第三数据和第四数据的机器人模型的反向动力学函数，计算所述工具遵守优化规则绕所述工具轴线以在预定范围内不同的旋转角度旋转,在所获取的机器人路径上对于所述工具是可达的目标数目，通过自动计算和直观预览，用户可以直接了解在机器人路径上有多少目标能够实际被处理。如果可达性是不满意的，用户也可以有机会修改设置以获取更合理和精确的路径。还公开了用于实现该方法的装置。

Description

机器人离线编程方法以及使用其的装置

技术领域

本发明涉及机器人离线编程，并且特别涉及具有获取最佳机器人路径的功能的机器人离线编程。

背景技术

机器人离线编程系统用于执行机器人路径生成为公众所熟知。当对机器人离线编程而用于路径生成时，一般考虑几个因素，如工具设置、待加工工件的形式以及机器人的位置等等。基于这些因素的实际设置，加工目标可以被确定，以确保被机器人夹持的工具能够在遵循机器人路径的同时处理精确加工。机器人路径上可以被加工的目标越多，达到的加工效果就越好。在加工表面参数和工具设置等基本设置被设定后，系统生成具有若干目标的机器人路径。每个目标具有定义的坐标。当机器人需要对特定目标处理时，机器人与目标的坐标信息一起遵循某种策略而调整它的方向，这保证目标可以被加工。

但是，即使当机器人离线编程被执行以满足上述条件时，由于有限的工作范围，时常发生一些目标不能被机器人达到以呈某个姿势处理的问题。这将影响加工效果和精确度，结果，建立机器人系统需要意料之外的时间和成本。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了机器人离线编程方法，包括：分别地获取表示在至少一个工件上的多个目标的位置和方向的第一数据、表示至少一个工件的位置的第二数据、表示工具的几何形状的第三数据以及表示工具相对于机器人的端部的位置和方向的第四数据；获取机器人路径，针对机器人路径，工具的尖端行进通过至少一个工件上的多个目标；使用考虑第一数据、第二数据、第三数据和第四数据的机器人模型的反向动力学的函数，所述工具遵守优化规则绕所述工具轴线以在预定范围内不同的旋转角度旋转,在所获取的机器人路径上对于所述工具是可达的目标数目；以及在人机界面上呈现作为计算结果的关系。

根据本发明的另一个方面，提供了机器人离线编程装置，包括：处理器、存储器和人机界面，其中处理器、存储器和人机界面适于执行上述的方法。

通过自动计算和直观预览，用户可以直接了解在机器人路径上多少目标能够实际被处理。如果可达性是不满意的，用户也可以有机会修改设置以获取更合理和精确的路径。机器人的旋转角度与可达到目标比率之间的关系也可以方便用户更好地了解如何有效地调整机器人的方向。预览功能还帮助用户观察期望的机器人方向。

附图说明

在下文中本发明的主题参照附图中所示的优选示例性实施例将被更详细的解释，其中：

图1示出根据本发明实施例的机器人离线编程装置1；

图2是示出根据本发明实施例的机器人离线编程方法的流程图；

图3示出直观地显示根据本发明实施例的计算结果的曲线图。

在附图中使用的附图标记以及它们的含义在附图标记列表中被概括列出。原则上，附图中相同的部分具有相同的附图标记。

具体实施方式

在以下描述中，为了解释而非限制的目的，阐述了具体细节，诸如特定电路、电路部件、接口、技术等，以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以在脱离这些具体细节的其它实施例中实施。在其它情况下，省略了众所周知的方法和编程程序、设备和电路的详细描述，以便不会因不必要的细节而模糊了本发明的描述。

图1示出根据本发明实施例的机器人离线编程装置1。如图1所示，机器人离线编程装置1整体包括处理器10、存储器11和人机界面12。虽然在图中未示出，当需要的时候，键盘、鼠标等被附接，以通过人工操作对程序数据、参数数据、指令等(用于机器人离线仿真装置的那些部分)的编辑、校正、馈送等。此外，处理器10根据存储在存储器11中的系统程序等总体控制机器人在线编程装置的各个部分。此外，机器人离线编程装置被布置成能够通过适当的输入/输出接口和通信线路(未示出)发送数据至CAD系统和从CAD系统接收数据等。用于获取关于目标可达性信息的处理所需的程序数据、参数数据等(将在稍后描述)，被存储在存储器11。存储器11的启动以及数据的读取、写入、校正等由处理器10控制。

图2是示出根据本发明实施例的机器人离线编程方法的流程图。

首先，获取数据，该数据关于至少一个工件上的多个目标的位置和方向、至少一个工件的位置、至少一个工件的几何形状、工具的几何形状以及工具相对于机器人的端部的位置和方向(步骤S1)。这些数据所表示的信息将被计算，用于机器人路径的目标可达性的评估。

然后，获得机器人路径，针对该机器人路径，工具尖端行进通过至少一个工件上的多个目标(步骤S2)。机器人路径可以是根据常规路径规划算法的在至少一个工件上的多个目标的计算结果，或者只是由操作者预先确定和输入。

接下来，考虑步骤S1中获取的数据而执行计算，以评估关于生成的机器人路径的目标可达性(步骤S3)。

进一步，将计算结果呈现在人机界面上(步骤S4)。由此，操作者能够直观地从显示在人机界面上的内容知道关于生成的机器人路径是否可以在特定的布局上工作，而不受来自至少一个工件的干扰。通过使用根据本发明的方法和系统，可以节省用于建立机器人系统的时间和成本。

以下将详细描述上述步骤。

步骤S1的描述：

为了获得足够的信息以评估在机器人路径上的目标可达性，以下数据被分别馈送至如图1中所示的机器人离线编程设备：

表示在至少一个工件上的多个目标的位置和方向的第一数据，

表示至少一个工件的位置的第二数据，

表示工具的几何形状的第三数据，以及

表示工具相对于机器人端部的位置和方向的第四数据。

步骤S2的描述：

获取机器人路径，针对该机器人路径，工具尖端行进通过至少一个工件上的多个目标，针对该机器人路径评估目标可达性并且描述如下。

步骤S3的描述：

关于多个目标的整个序列和第一到第四数据，尝试解决机器人模型的反向动力学。反向动力学的解为，所述工具遵守优化规则绕所述工具轴线以在预定范围内不同的旋转角度旋转,在所获取的机器人路径上对于所述工具是可达的目标数目。例如，优化规则涉及机器人的无碰撞机器人路径，并且预定范围为从-180度到+180度。正数表示机器人与初始方向为顺时针旋转偏差，负数表示与初始方向为逆时针旋转偏差。需要注意的是，在反向动力学的实际计算中，取决于关于目标序列的数据已经馈送了什么数据，而需要添加或处理信息。下面将对此提供简要说明。

利用上述输入，则得到正向动力学方程，其中x1、x2、x3...表示机器人的关节值。通过求解该方程，随后得到机器人的反向动力学，然后得到机器人路径上每个目标的关节值，如果针对特定目标没有解，那么它是不可达的。

如果有一系列的目标，那么它们的转换应该是：

使用方程对那些目标求解，然后我们可以通过以下方程得到可达性百分比，

对每个角度设置重复上述过程，然后得到准备用于曲线图的所有数据。

从世界坐标系到离线编程坐标系(被称为工作对象)的转换，这应该在开始离线编程之前被定义，通常它附属于工件，其是S1中定义的第二数据；

从离线编程坐标系到目标坐标系(意味着路径中目标的位置和方向)的转换，这涉及在S1中被定义的第一数据；

从世界坐标系到机器人基坐标系的转换，这可以在设计机器人布局后得到；

从机器人基坐标系到法兰坐标系的正向动力学转换；

从法兰坐标系到工具基坐标系的转换，这涉及在S1中被定义的第四数据。

从工具基坐标系到工具中心点系的转换，这涉及在S1中被定义的第三数据。

步骤S4的描述：

为了直观地呈现如上所述的计算的结果，关于关系的计算结果被馈送到人机界面并在其上呈现。

图3示出直观地显示根据本发明实施例的计算结果的曲线图。如图3所示，对工具可达到的多个目标的比率与围绕工具轴线的工具的相应旋转之间的关系被呈现在人机界面上的坐标系中。坐标系的第一轴线定义了工具旋转角度，以及坐标系的第二轴线定义了可达到的目标比率，其中100％意味着所有目标是可达到的。比率越低，可达到目标越少。

滑块30沿坐标系的第一轴线被呈现。经由人机界面，操作者可以控制滑块30沿第一轴线移动到某个工具旋转角度。基于滑块30的位置，人机界面适于从其它部分区分出与滑块所在的工具旋转角度相关的机器人可达到比率，例如如图3所示，竖直虚线从滑块30停留处开始呈现。曲线图示出当工具旋转到不同角度时可达到目标比率的明显趋势。

当沿第一轴线拖动滑块30到特定的旋转角度时，可达到目标比率相应地被显示。如图3所示，当工具围绕工具轴线旋转至从它的初始方向偏离130度角度时，可达到目标比率为100％，这意味着当机器人在该方向上处理时，所有的目标都可以被达到。同时，机器人路径上第一目标处的机器人位置和方向可以在3D图形窗口上被预览，其为用户提供直观的视图。

当滑块30被拖动至目标比率不是100％处的角度时，这意味着并非所有的目标都可以被机器人达到，以及用户可以改变设置或改变机器人方向调整策略。比率越高，可以被处理目标越多，以及机器故障发生的可能性越小。

只要机器人在某个角度处可达到目标比率可以达到100％，就认为机器人路径可用于加工。否则，设置必须被修改。

通过自动计算和直观的预览，用户可以直接了解在机器人路径上多少个目标可以实际被处理。如果可达性是不满意的，用户也可以有机会修改设置以获取更合理和精确的路径。机器人的旋转角度与可达到目标比率之间的关系也可以方便用户更好地了解如何有效地调整机器人的方向。预览功能还帮助用户观察期望的机器人方向。

尽管已经基于一些优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，这些实施例绝不应该限制本发明的范围。在不脱离本发明的精神和构思的情况下，对实施例的任何改变和变型应该为本领域的普通技术人员所理解，并且因此落入由所附的权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种机器人离线编程方法，包括：

分别地获取表示在至少一个工件上的多个目标的位置和方向的第一数据、表示所述至少一个工件的位置的第二数据、表示工具的几何形状的第三数据、以及表示所述工具相对于机器人的端部的位置和方向的第四数据；

获取机器人路径，针对机器人路径，所述工具的尖端行进通过所述至少一个工件上的所述多个目标；

使用考虑所述第一数据、所述第二数据、所述第三数据和所述第四数据的所述机器人模型的反向动力学的函数，计算所述工具遵守优化规则绕所述工具轴线以在预定范围内不同的旋转角度旋转,在所获取的机器人路径上对于所述工具是可达的目标数目；以及在人机界面上呈现作为计算结果的关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述关系被呈现在所述人机界面上的坐标系中。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

所述关系是对所述工具可达到的所述多个目标的比率与对应的工具旋转角度之间的关系。

4.根据权利要求3所述的方法，其中：

滑块沿着在所述人机界面上定义所述工具旋转角度的所述坐标系的第一轴线被呈现；

经由所述人机界面，所述滑块能被控制以沿着所述第一轴线移动至某个工具旋转角度；以及

所述人机界面适于从其它部分区分出与所述滑块所在的所述工具旋转角相关的所述机器人可达到比率。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中：

所述优化规则涉及所述机器人的无碰撞运动。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中：

所述预定范围为从-180度到+180度。

7.一种机器人离线编程装置，包括：处理器、存储器和人机界面，其中所述处理器、所述存储器和所述人机界面适于执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。

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