CN110523810A - 一种高精度机器人钣金折弯跟随方法 - Google Patents

一种高精度机器人钣金折弯跟随方法 Download PDF

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    • B21D5/02—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves on press brakes without making use of clamping means
    • B21D5/0281—Workpiece supporting devices

Abstract

本发明涉及一种高精度机器人钣金折弯跟随方法，采用三点法建立三维笛卡尔坐标系；机器人抓取钣金平放置至模具表面上，并且钣金位于模型V型槽上；机器人通过程序自动计算机器人工具坐标系，并且使其与三维笛卡尔坐标系重合；通过对折弯的钣金模型几何分析，从而建立刀具进给距离Di＝Di(a)的函数关系，计算折弯跟随动态点，自动生成机器人折弯跟随动作程序；钣金折弯时，机器人执行折弯跟随动作程序，从而保证机器人跟随动作完全匹配折弯机折弯动作。本发明考虑了钣金厚度、下模具V槽宽度、V槽角等诸多因素的影响，建立了一种高精度机器人钣金折弯跟随模型，解决了机器人钣金折弯过程中，机器人跟随动作与折弯机动作不匹配的问题。

Description

一种高精度机器人钣金折弯跟随方法
技术领域
本发明涉及机器人钣金折弯领域，具体涉及一种高精度机器人钣金折弯跟随方法。
背景技术
目前，机器人配合折弯机自动钣金折弯已经逐步替换人工辅助折弯，机器人自动化折弯不仅保证稳定的折弯质量，还极大提升了生产效率，尤其针对大板料折弯时，机器人自动化折弯极大地降低了劳动强度，消除了安全隐患。
折弯时，钣金围绕其与刀具的动态接触点旋转成型，因钣金旋转中心位置时刻变化，这增加了机器人跟随抓取钣金难度。机器人跟随动作的不准确、不同步，不仅直接影响钣金折弯成型质量，而且折弯完成刀具后退时，容易发生钣金脱落等问题。
市场上，大多数机器人折弯模型都存在不同缺陷：
(1)很多折弯跟随将钣金简化成理想薄板，忽略了钣金厚度在折弯过程中变形对钣金位置的影响，造成机器人跟随动作与折弯机动作不匹配；
(2)有些折弯模型在建立过程中，采用不同程度的近似计算方法(比如：小圆弧长度采用对应直线段替代等)，最后，建立的是近似模型，造成折弯刀具进给距离与成型角度不匹配，影响机器人跟随动作。
因此，建立一种高精度机器人钣金折弯模型十分必要，确保折弯过程中，机器人精确、稳定地完成钣金抓取跟随动作，保证折弯效果。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高精度机器人钣金折弯跟随方法，解决以上技术问题；
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种高精度机器人钣金折弯跟随方法，其中：包括以下步骤：
步骤一、采用三点法建立三维笛卡尔坐标系，所述三维笛卡尔坐标系位于模型V型槽的中心线上方的的模具表面，所述三维笛卡尔坐标系的Y轴指向机器人所在位置，所述三维笛卡尔坐标系的Z轴指向竖直向上；
步骤二、所述机器人抓取钣金平放置至所述模具表面上，并且所述钣金位于所述模型V型槽上；所述机器人通过程序自动计算机器人工具坐标系，并且使其与所述三维笛卡尔坐标系重合；
步骤三、通过对折弯的钣金模型几何分析，从而建立刀具进给距离Di＝Di(a)的函数关系，计算折弯跟随动态点，自动生成机器人折弯跟随动作程序；
步骤四、所述钣金折弯时，所述机器人执行折弯跟随动作程序，从而保证机器人跟随动作完全匹配折弯机折弯动作。
上述的一种高精度机器人钣金折弯跟随方法，其中，步骤三建立Di＝Di(a)的过程如下：
根据折弯的钣金模型以及几何分析方法，将折弯的钣金各处标注如下：
α：钣金成型角度；
A：钣金单边旋转角度，A＝(180°-α)/2；
m：折弯过程中，刀具与钣金切线(与部分钣金重合)；
t：动态接触点2到切线m的距离(t随切点位置变化而变化)；
n：折弯过程中，过点2，且与切线m平行的直线(m、n相距t)；
1：刀具与钣金起始接触点；
2：刀具与钣金动态接触点；
3：直线m与钣金初始上表面交点
4：直线n与钣金初始上表面交点；
Di：折弯时刀具进给距离；
D：刀具中心线到点4之间距离；
L1～L12：中间计算引入相关计算尺寸；
V1:1/2下模具槽角的余角；
从而得到Di＝Di(a)
Di＝D·TAN(A)＝D·TAN((180°-α)/2。
上述的一种高精度机器人钣金折弯跟随方法，其特征在于，根据几何分析，得到如下公式：
D＝W/2-L7；
V1＝(180-V)/2；
L1＝Rsm·TAN(A/2)；
L3＝Rsm·TAN(A)；
L5＝Rsm·TAN(V1/2)；
L4＝L5-L3；
L2＝L3-L1；
L6＝L2·SIN(A)；
L10＝S-L6；
L9＝L10·SIN(A)；
L11＝L10·COS(A)；
L12＝S-L9；
L8＝L12/TAN(A)；
L7＝L11-L4-L8；
并将上述公式带入Di＝D·TAN(A)＝D·TAN((180°-α)/2中，从而得到
Di＝W/2+(Rp-Rp·COS((π-α)/2)-S)(COS((π-α)/2)/TAN((π-α)/2)-SIN((π-α)/2))-Rsm·SIN((π-α)/2)(TAN((π-α)/2)-TAN((π-α)/4))+Rsm·(TAN((π-V)/4)-TAN((π-α)/2))+S/TAN((π-α)/2)+Rsm·COS((π-α)/2)(TAN((π-α)/4)-SIN((π-α)/2))。
W：模具V槽宽度(已知)；
V：模具V槽角度(已知)；
Rp：刀具R角(已知)；
Rsm：模具R角已知)；
S：钣金厚度(已知)；
α：钣金成型角度(自变量)；
Di：刀具进给距离(因变量)。
有益效果：本发明考虑了钣金厚度、下模具V槽宽度、V槽角等因素的影响，建立了一种高精度机器人钣金折弯跟随模型，解决了机器人钣金折弯过程中，机器人跟随动作与折弯机动作不匹配、折弯刀具进给距离与钣金成型角度不匹配的问题。
附图说明
图1为本发明的一种高精度机器人钣金折弯跟随方法的几何分析的上部的示意图；
图2为本发明的一种高精度机器人钣金折弯跟随方法的几何分析的整体的示意图；
图3为图2的A的放大图；
图4为本发明的一种高精度机器人钣金折弯跟随方法的建立的三维笛卡尔坐标系的示意图；
图5为本发明的一种高精度机器人钣金折弯跟随方法的折弯钣金的示意图。
附图标记：11、刀具；12、模具；13、机器人。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
图1为本发明的一种高精度机器人钣金折弯跟随方法的几何分析的上部的示意图；图2为本发明的一种高精度机器人钣金折弯跟随方法的几何分析的整体的示意图；图3为图2的A的放大图；图4为本发明的一种高精度机器人钣金折弯跟随方法的建立的三维笛卡尔坐标系的示意图；图5为本发明的一种高精度机器人钣金折弯跟随方法的折弯钣金的示意图。
根据附图1-5所示，示出了一种较佳实施例，一种高精度机器人钣金折弯跟随方法，包括以下步骤：
步骤一、采用三点法建立三维笛卡尔坐标系，所述三维笛卡尔坐标系位于模型V型槽的中心线上方的的模具表面，所述三维笛卡尔坐标系的Y轴指向机器人所在位置，所述三维笛卡尔坐标系的Z轴指向竖直向上；
步骤二、所述机器人抓取钣金平放置至所述模具表面上，并且所述钣金位于所述模型V型槽上；所述机器人通过程序自动计算机器人工具坐标系，并且使其与所述三维笛卡尔坐标系重合；
步骤三、通过对折弯的钣金模型几何分析，从而建立刀具进给距离Di＝Di(a)的函数关系，计算折弯跟随动态点，自动生成机器人折弯跟随动作程序；
步骤四、所述钣金折弯时，所述机器人执行折弯跟随动作程序，从而保证机器人跟随动作完全匹配折弯机折弯动作。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。
进一步，在一种较佳实施例中，步骤三建立Di＝Di(a)的过程如下：
根据折弯的钣金模型以及几何分析方法，将折弯的钣金各处标注如下：
此外，请参见图1所示，可得A1为刀具的第一位置，A2为刀具的第二位置，F1为刀具的进给方向。
α：钣金成型角度；
A：钣金单边旋转角度，A＝(180°-α)/2；
m：折弯过程中，刀具与钣金切线(与部分钣金重合)；
t：动态接触点2到切线m的距离(t随切点位置变化而变化)；
n：折弯过程中，过点2，且与切线m平行的直线(m、n相距t)；
1：刀具与钣金起始接触点；
2：刀具与钣金动态接触点；
3：直线m与钣金初始上表面交点
4：直线n与钣金初始上表面交点；
Di：折弯时刀具进给距离；
D：刀具中心线到点4之间距离；
L1～L12：中间计算引入相关计算尺寸；
V1:1/2下模具槽角的余角；
从而得到Di＝Di(a)；
Di＝D·TAN(A)＝D·TAN((180°-α)/2。
进一步，在一种较佳实施例中，根据几何分析，得到如下公式：
D＝W/2-L7；
V1＝(180-V)/2；
L1＝Rsm·TAN(A/2)；
L3＝Rsm·TAN(A)；
L5＝Rsm·TAN(V1/2)；
L4＝L5-L3；
L2＝L3-L1；
L6＝L2·SIN(A)；
L10＝S-L6；
L9＝L10·SIN(A)；
L11＝L10·COS(A)；
L12＝S-L9；
L8＝L12/TAN(A)；
L7＝L11-L4-L8；
并将上述公式带入Di＝D·TAN(A)＝D·TAN((180°-α)/2中，从而得到
Di＝W/2+(Rp-Rp·COS((π-α)/2)-S)(COS((π-α)/2)/TAN((π-α)/2)-SIN((π-α)/2))-Rsm·SIN((π-α)/2)(TAN((π-α)/2)-TAN((π-α)/4))+Rsm·(TAN((π-V)/4)-TAN((π-α)/2))+S/TAN((π-α)/2)+Rsm·COS((π-α)/2)(TAN((π-α)/4)-SIN((π-α)/2))。
W：模具V槽宽度(已知)；
V：模具V槽角度(已知)；
Rp：刀具R角(已知)；
Rsm：模具R角已知)；
S：钣金厚度(已知)；
α：钣金成型角度(自变量)；
Di：刀具进给距离(因变量)。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种高精度机器人钣金折弯跟随方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、采用三点法建立三维笛卡尔坐标系，所述三维笛卡尔坐标系位于模型V型槽的中心线上方的的模具表面，所述三维笛卡尔坐标系的Y轴指向机器人所在位置，所述三维笛卡尔坐标系的Z轴指向竖直向上；
步骤二、所述机器人抓取钣金平放置至所述模具表面上，并且所述钣金位于所述模型V型槽上；所述机器人通过程序自动计算机器人工具坐标系，并且使其与所述三维笛卡尔坐标系重合；
步骤三、通过对折弯的钣金模型几何分析，从而建立刀具进给距离Di＝Di(a)的函数关系，计算折弯跟随动态点，自动生成机器人折弯跟随动作程序；
步骤四、所述钣金折弯时，所述机器人执行折弯跟随动作程序，从而保证机器人跟随动作完全匹配折弯机折弯动作。
2.根据权利要求1所述的一种高精度机器人钣金折弯跟随方法，其特征在于，步骤三建立Di＝Di(a)的过程如下：
根据折弯的钣金模型以及几何分析方法，将折弯的钣金各处标注如下：
α：钣金成型角度；
A：钣金单边旋转角度，A＝(180°-α)/2；
m：折弯过程中，刀具与钣金切线(与部分钣金重合)；
t：动态接触点2到切线m的距离(t随切点位置变化而变化)；
n：折弯过程中，过点2，且与切线m平行的直线(m、n相距t)；
1：刀具与钣金起始接触点；
2：刀具与钣金动态接触点；
3：直线m与钣金初始上表面交点
4：直线n与钣金初始上表面交点；
Di：折弯时刀具进给距离；
D：刀具中心线到点4之间距离；
L1～L12：中间计算引入相关计算尺寸；
V1:1/2下模具槽角的余角；
从而得到Di＝Di(a)
Di＝D·TAN(A)＝D·TAN((180°-α)/2。
3.根据权利要求2所述的一种高精度机器人钣金折弯跟随方法，其特征在于，根据几何分析，得到如下公式：
D＝W/2-L7；
V1＝(180-V)/2；
L1＝Rsm·TAN(A/2)；
L3＝Rsm·TAN(A)；
L5＝Rsm·TAN(V1/2)；
L4＝L5-L3；
L2＝L3-L1；
L6＝L2·SIN(A)；
L10＝S-L6；
L9＝L10·SIN(A)；
L11＝L10·COS(A)；
L12＝S-L9；
L8＝L12/TAN(A)；
L7＝L11-L4-L8；
并将上述公式带入Di＝D·TAN(A)＝D·TAN((180°-α)/2中，从而得到
Di＝W/2+(Rp-Rp·COS((π-α)/2)-S)(COS((π-α)/2)/TAN((π-α)/2)-SIN((π-α)/2))-Rsm·SIN((π-α)/2)(TAN((π-α)/2)-TAN((π-α)/4))+Rsm·(TAN((π-V)/4)-TAN((π-α)/2))+S/TAN((π-α)/2)+Rsm·COS((π-α)/2)(TAN((π-α)/4)-SIN((π-α)/2))。
W：模具V槽宽度(已知)；
V：模具V槽角度(已知)；
Rp：刀具R角(已知)；
Rsm：模具R角已知)；
S：钣金厚度(已知)；
α：钣金成型角度(自变量)；
Di：刀具进给距离(因变量)。
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