CN108838246B - 一种精确获得机器人折弯角度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种精确获得机器人折弯角度的方法，下模的V型槽两侧与上表面圆弧过渡，圆弧半径均为R；建立折弯机上模压下量h、下模V型槽宽W、钣金件折弯目标角度2α三者的关系；获得下模的V型槽宽度W数值；获得折弯机上模压下量h和钣金件折弯目标角度2α两者之间的关系；考虑钣金材料特性下，精确获得机器人折弯角度；在折弯机坐标下计算机器人第六轴末端坐标值，实现准确同步。其优点在于解决折弯机下模V槽边缘对于折弯件易产生磨损和钣金材料特性即外层受到拉应力而拉长，以及通过机器人示教折弯轨迹方式易产生误差影响折弯精度的问题。

Description

一种精确获得机器人折弯角度的方法

技术领域

本发明涉及一种自动折弯领域，特别涉及一种精确获得机器人折弯角度的方法。

背景技术

机器人折弯可以极大减少工人劳动强度，提高生产效率。但在实际应用过程中，很多工业现场通过对机器人示教方式，使机器人沿着设定好的折弯轨迹完成折弯工作。在这一折弯过程中，由于存在示教误差，极易使得折弯精度降低导致钣金工件折弯变形，影响了折弯质量。

文献检索查到相关专利：2015年04月01日申请公告号为CN104475504A的发明专利《机器人折弯实时跟随方法及其装置》，该专利公开了一种机器人折弯实时跟随方法和装置，通过获得一定预定采样周期内的位移量和移动速度，计算机器人末端的实时位姿值，然后将其转换到机器人世界坐标系下，计算机器人关节角度。

发明内容

本发明的目的是为了解决折弯机下模V型槽边缘对于折弯件易产生磨损和钣金材料特性即外层受到拉应力而拉长，以及通过机器人示教折弯轨迹方式易产生误差影响折弯精度的问题，而实现的一种精确获得机器人折弯角度的方法；从而克服现有技术的缺陷，解决上述技术问题。

本发明提供了一种精确获得机器人折弯角度的方法，下模的V型槽两侧与上表面圆弧过渡，圆弧半径均为R；还包括以下步骤：

步骤A、建立折弯机上模压下量h、下模V型槽宽W、钣金件折弯目标角度2α三者的关系；

其中，钣金件单侧折弯件角度为α1，α＝90°-α1；

获得

步骤B、获得下模的V型槽宽度W数值；

步骤C、将步骤B获得的V型槽宽度W数值代入到所建立的折弯机上模压下量h、下模V型槽宽W、钣金件折弯目标角度2α三者的关系中，获得折弯机上模压下量h和钣金件折弯目标角度2α两者之间的关系；

步骤D、机器人与折弯机的同步实现；

折弯机坐标系下折弯开始时的机器人第六轴末端坐标值为Q₀(X₀,Y₀,Z₀)；

折弯工作过程中，随着上模压入下模V型槽深度的增加，可计算出机器人第六轴末端坐标值Q(X,Y,Z)。

X＝X₀*sinα

Y＝Y₀

Z＝Z₀+(X₀cosα-h)

将公式(2)代入上述公式中，获得Q(X,Y,Z)的数值，得到

进一步，本发明提供了一种精确获得机器人折弯角度的方法，还具有以下特征：步骤B中、通过下模的V型槽的角度和V型槽的深度H，计算获得V型槽宽度W数值。

进一步，本发明提供了一种精确获得机器人折弯角度的方法，还具有以下特征：设定的钣金折弯目标角度值2α为下模V型槽的顶角2β，当钣金折弯角度值达到2β时，根据上模光栅尺下移位移量换算得到压下量，即为V型槽的深度H；

下模V型槽宽度W为，

其中，V型槽的与水平面夹角为β1，两者的关系为β＝90°-β1。

进一步，本发明提供了一种精确获得机器人折弯角度的方法，还具有以下特征：步骤D还包括以下步骤，

步骤D-1、折弯过程机器人手臂末端位置偏移量计算；

步骤D-2、机器人手臂末端位置偏移量精确计算获得折弯角度的机器人第六轴末端坐标值。

进一步，本发明提供了一种精确获得机器人折弯角度的方法，还具有以下特征：步骤D-1中折弯钣金件外层机器人末端坐标点到折弯中心线的距离为L1，

L1＝L2+cotα*(g+T)。 (7)

其中，T为钣金件的厚度、g为折弯钣金件内层的折弯圆弧半径。

根据钣金展开计算公式及弧长计算公式，机器人末端坐标值Q(X,Y,Z)对应的中性层长度，获得，

得到

其中，K为折弯系数

将公式(9)代入公式(7)中，

得到

进一步，本发明提供了一种精确获得机器人折弯角度的方法，还具有以下特征：步骤D-2中，

X＝L1*sinα (11)

Y＝Y₀

Z＝Z₀+(L1cosα-h-T) (12)

将公式(2)和公式(10)代入公式(11)，或将计算获得的折弯钣金件外层机器人末端坐标点到折弯中心线的距离L1、设定或计算获得的α代入公式(11)，计算获得X；

Y的位置不变；

将公式(2)和公式(10)代入公式(12)，或将计算获得的折弯钣金件外层机器人末端坐标点到折弯中心线的距离L1、设定或计算获得的α代入公式(12)，计算获得Z；

最终，获得精确的机器人第六轴末端Q(X,Y,Z)坐标。

进一步，本发明提供了一种精确获得机器人折弯角度的方法，还具有以下特征：圆弧过渡通过在V型槽两侧分别设置左侧辅助过渡轮和右侧辅助过渡轮实现；左侧辅助过渡轮、右侧辅助过渡轮都与下模的上表面相切；且分别与V型槽左右两侧的斜边相切。

进一步，本发明提供了一种精确获得机器人折弯角度的方法，还具有以下特征：左侧辅助过渡轮和右侧辅助过渡轮均可绕各自的圆心自由旋转。

本发明提供了一种精确获得机器人折弯角度的方法，通过辅助过渡轮解决了折弯机下模V型槽边缘对于折弯钣金表面质量的影响，进而提出适应于本装置或相近下模结构的精确获得机器人折弯角度的方法。

附图说明

图1为下模组件的结构图。

图2a-图2b为钣金折弯过程上模压下量与折弯角度关系。

图3为钣金折弯过程与机器人同步关系图。

图4为折弯过程中钣金外层延伸图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细描述。

一种精确获得机器人折弯角度的系统，结构部分包括折弯机和机器人5。折弯机包括：上模组件和下模组件。

如图1所示，本实施例中，下模组件包括：下模1、左侧辅助过渡轮2和右侧辅助过渡轮3。下模1具有V型槽。左侧辅助过渡轮2和右侧辅助过渡轮3的半径相同为R。左侧辅助过渡轮2、右侧辅助过渡轮3都与下模1的上表面相切；且分别与下模1左右两侧的斜边相切。左侧辅助过渡轮2和右侧辅助过渡轮3均可绕各自的圆心自由旋转，不采用任何方式的驱动。

在钣金件折弯时，机器人5夹持钣金件，将钣金件放置在下模1上，电机带动滑块将上模组件的刀刃压入下模组件的V型槽内一定深度将折弯钣金压到折弯目标角度。机器人5夹持着钣金件随之移动相应的位置。

在此过程中，钣金件向V型槽内移动，带动左侧辅助过渡轮2顺时针旋转，带动右侧辅助过渡轮3逆时针旋转。折弯过程中钣金与折弯辅助过渡轮一直存在相切的关系。因辅助过渡轮为滚动式，可有效解决折弯中钣金与其接触部分出现的褶皱和磨伤问题。

当然，这里的左侧辅助过渡轮2、右侧辅助过渡轮3可以采取固定式，不旋转的方式，即V型槽上表面与斜边之间进行圆弧倒角。这样也能减少一部分的褶皱和磨伤，但没有跟随旋转的方式效果好。

如图2a和图2b所示，本实施例中，钣金件折弯目标角度为2α，所谓折弯目标角度是指钣金件折弯后的最终状态的角度。钣金件折弯角度为2α1，即折弯前后的变化角度。钣金件单侧折弯角度为α1。两者的关系为α＝90°-α1。

下模1的V型槽的顶角为2β，V型槽与水平面角度为β1，两者的关系为β＝90°-β1。钣金件的折弯目标角度并不需要与下模1的V型槽的顶角一致。

一种精确获得机器人折弯角度的方法包括以下几个步骤：

步骤A、建立折弯机上模压下量h、下模V型槽宽W、钣金件折弯目标角度2α三者的关系。

如图2所示，可以看出钣金折弯过程中，V型槽水平部分与左侧辅助过渡轮2(或者左侧圆弧形式)的相切点A1位置始终不变，V型槽水平部分与右侧辅助过渡轮3(或者右侧圆弧形式)的相切点A2位置也始终不变，半径均为R。设折弯机下模V型槽的A1-A2宽度为W。

钣金件折弯目标角度为2α，折弯过程中钣金与折弯机下模V型槽边缘圆弧一直存在相切的关系。计算出，折弯机坐标系下折弯角度与上模压下位置关系。在折弯过程中W保持不变，可由上模在V型槽压下空走获得。

根据图2的结构可知：

得到

其中

得到

得到

得到钣金件折弯目标角度

步骤B、获得下模1的V型槽宽度W数值。

下模1的V型槽宽度W数值可以通过测量直接获得，但是由于V型槽两端圆弧过渡，测量出来的数值不够精确。

本实施例中，通过下模的V型槽的角度和V型槽的深度H，计算获得V型槽宽度W数值。

通过折弯机两端装两个光栅尺用于检测上模下降高度。在折弯机操作界面上，输入材料属性为冷轧钢、折弯角度为90°等数值，上模空走试压下，获取目标设定的折弯角度与上模压下实际光栅尺读数的对应关系。

设定的钣金折弯目标角度值2α为下模1的V型槽的顶角为2β，即α＝β的状态，上模压下空走。当钣金折弯角度值达到2β时，根据上模光栅尺下移位移量换算得到压下量，即为V型槽的深度H。

此时下模V型槽A1-A2宽度W：

当然，下模1的V型槽的顶角为2β或V型槽与水平面角度为β1均已知，可以通过V型槽设计的参数获知。当然V型槽的深度H也可以通过V型槽设计的参数获知。

步骤C、将步骤B获得的V型槽宽度W数值代入到建立的折弯机上模压下量h、下模V型槽宽W、钣金件折弯目标角度2α三者的关系中，获得折弯机上模压下量h和钣金件折弯目标角度2α两者之间的关系。

根据需要的钣金件折弯目标角度2α，可以计算获得上模压下量h，然后根据计算结果设定折弯机下压的参数。当然，也可以通过上模下压量h，计算获得钣金件折弯后的角度。

步骤D、机器人与折弯机的同步实现；即计算机器人5第六轴末端在折弯机坐标系的位置坐标值。

计算机器人5第六轴末端在折弯机坐标系的坐标值，此坐标值与折弯机的上模，实时压下位置有关，通过此坐标值可实现机器人与折弯机同步并实现机器人折弯。

如图3所示，待折弯钣金件6经过折弯，成为折弯钣金件7，机器人第六轴末端8在折弯的过程中，带动钣金件6的一侧移动。折弯机坐标系下折弯开始时的机器人第六轴末端坐标值为Q₀(X₀,Y₀,Z₀)(初始坐标，已知)。

如图3所示，下模V型槽的A1-A2宽度方向为X轴，下模V型槽沿槽口方向为Y轴，Z为与下模平面垂直方向。

折弯工作过程中，随着上模压入下模V型槽深度的增加，可计算出机器人第六轴末端坐标值Q(X,Y,Z)。

X＝X₀*sinα

Y＝Y₀

Z＝Z₀+(X₀cosα-h)

将公式(2)代入上述公式中，获得Q(X,Y,Z)的数值，当然Y的位置没有变化。

也就是说机器人第六轴末端坐标值，根据上模的下压h的变化而变化。

但由于钣金材料特性，在实际折弯过程中钣金外层受到拉应力而拉长，内层受到压应力而缩短。在内、外层之间有一段长度保持不变的纤维层称为中性层。因此折弯过程中机器人手臂末端位置相对于钣金折弯中心点O,在钣金长度方向产生相对偏移。为实现机器人与折弯机准确同步并最终获得高精度折弯效果，还需要考虑此钣金材料特性。

为了精确获得机器人折弯角度和实现机器人与折弯机的准确同步，还包括以下步骤:

步骤D-1、折弯过程机器人手臂末端位置偏移量计算；即计算折弯钣金件外层机器人末端坐标点到折弯中心线的距离L1。

如图4所示，钣金件7的厚度为T，由于钣金材料特性，在实际折弯过程中钣金外层受到拉应力而拉长，需要计算机器人末端相对偏移量。L1为折弯钣金件外层机器人末端坐标点到折弯中心线的距离；L2为折弯钣金件内层机器人末端坐标点到折弯中心线的距离。折弯钣金件内层的折弯圆弧半径g，g与折弯机上模刀刃角度呈正比例关系。则有

L1＝L2+cotα*(g+T)。 (7)

在折弯过程中，因中性层一直保持长度不变。根据钣金展开计算公式及弧长计算公式，机器人末端坐标值Q(X,Y,Z)对应的中性层长度，应有:

得到

K为折弯系数，可通过折弯机厂家用户手册查出。

材料	软黄铜、铜	黄铜、铜、软钢	硬黄铜、青铜、冷轧钢、铝
				折弯系数K	0.35	0.41	0.45

将公式(9)代入公式(7)中，

得到

步骤D-2、机器人手臂末端位置偏移量精确计算获得折弯角度的机器人第六轴末端坐标值。

如图4所示，机器人第六轴末端与钣金件夹持点在钣金件的下方，也就是在钣金件外层上。

折弯机坐标系下，折弯开始时的机器人第六轴末端坐标值为Q₀(X₀,Y₀,Z₀)。下模V型槽的A1-A2宽度方向为X轴，下模V型槽沿槽口方向为Y轴，Z为与下模平面垂直方向。

折弯工作过程中，随着上模压入下模V型槽深度的增加，并结合折弯过程中钣金外层产生相对偏移量，可计算出机器人第六轴末端坐标值Q(X,Y,Z)。

X＝L1*sinα (11)

Y＝Y₀

Z＝Z₀+(L1cosα-h-T) (12)

将公式(2)和公式(10)代入公式(11)，或将计算获得的折弯钣金件外层机器人末端坐标点到折弯中心线的距离L1、设定或计算获得的α代入公式(11)，计算获得X。Y的位置不变。

同样的，将公式(2)和公式(10)代入公式(12)，或将计算获得的折弯钣金件外层机器人末端坐标点到折弯中心线的距离L1、设定或计算获得的α代入公式(12)，计算获得Z。最终，获得精确的机器人第六轴末端Q(X,Y,Z)坐标。

通过以上步骤，结合折弯机结构特征，为准确实现机器人折弯系统同步，计算机器人第六轴末端在折弯机坐标系的坐标值，此坐标值与折弯机实时压下位置有关。考虑材料特性补偿情况下，在实际折弯过程中钣金外层受到拉应力而拉长。然后计算折弯过程中钣金外层产生相对偏移量，可实现机器人与折弯机准确同步并最终获得高精度折弯效果。

本说明书中所描述的只是本发明的优选具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在如权利要求所界定的本发明的范围之内。

Claims (6)

1.一种精确获得机器人折弯角度的方法，其特征在于：下模的V型槽两侧与上表面圆弧过渡，圆弧半径均为R；还包括以下步骤，

步骤A、建立折弯机上模压下量h、下模V型槽宽W、钣金件折弯目标角度2α三者的关系；

其中，钣金件单侧折弯角度为α1，α＝90°-α1；

获得

步骤B、获得下模的V型槽宽度W数值；

步骤C、将步骤B获得的V型槽宽度W数值代入到所建立的折弯机上模压下量h、下模V型槽宽W、钣金件折弯目标角度2α三者的关系中，获得折弯机上模压下量h和钣金件折弯目标角度2α两者之间的关系；

步骤D、机器人与折弯机的同步实现；

折弯机坐标系下折弯开始时的机器人第六轴末端坐标值为Q₀(X₀,Y₀,Z₀)；

折弯工作过程中，随着上模压入下模V型槽深度的增加，可计算出机器人第六轴末端坐标值Q(X,Y,Z)；

X＝X₀*sinα

Y＝Y₀

Z＝Z₀+(X₀cosα-h)

将公式(2)代入上述公式中，获得Q(X,Y,Z)的数值，得到

2.如权利要求1所述的精确获得机器人折弯角度的方法，其特征在于：

步骤B中、通过下模的V型槽的角度和V型槽的深度H，计算获得V型槽宽度W数值。

3.如权利要求2所述的精确获得机器人折弯角度的方法，其特征在于：

设定的钣金折弯目标角度值2α为下模V型槽的顶角2β，当钣金折弯角度值达到2β时，根据上模光栅尺下移位移量换算得到压下量，即为V型槽的深度H；

下模V型槽宽度W为，

其中，V型槽与水平面角度为β1，两者的关系为β＝90°-β1。

4.如权利要求1所述的精确获得机器人折弯角度的方法，其特征在于：步骤D还包括以下步骤，

步骤D-1、折弯过程机器人手臂末端位置偏移量计算；

步骤D-2、机器人手臂末端位置偏移量精确计算获得折弯角度的机器人第六轴末端坐标值。

5.如权利要求1所述的精确获得机器人折弯角度的方法，其特征在于：圆弧过渡通过在V型槽两侧分别设置左侧辅助过渡轮和右侧辅助过渡轮实现；

左侧辅助过渡轮、右侧辅助过渡轮都与下模的上表面相切；且分别与V型槽左右两侧的斜边相切。

6.如权利要求5所述的精确获得机器人折弯角度的方法，其特征在于：左侧辅助过渡轮和右侧辅助过渡轮均可绕各自的圆心自由旋转。

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