CN110587620A - 工业机器人写绘方法、系统、工件加工方法和计算机设备 - Google Patents

工业机器人写绘方法、系统、工件加工方法和计算机设备 Download PDF

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焦志勇
庹奎
郭金霖
王旭丽
杨宝军
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Abstract

本发明公开了一种工业机器人写绘方法，包括如下步骤：通过绘图界面2获取用户输入的写绘轨迹3；通过工业机器人坐标位置矩阵将所述写绘轨迹3转换为工业机器人的写绘工具7的运行姿态和位置，通过所述工业机器人的写绘工具7的运行姿态和位置生成工业机器人控制程序。本发明通过将用户写绘输入的写绘轨迹转化为工业机器人的写绘工具的运行姿态和位置，用所见即所得的方式，非常直观地控制工业机器人的进行写绘操作，简化了运用工业机器人进行写绘的工作难度，降低了对编程人员专业知识和专业技能的要求。本发明还公开了一种工业机器人写绘系统、工件加工方法和计算机设备。

Description

工业机器人写绘方法、系统、工件加工方法和计算机设备
技术领域
本发明涉及工业机器人领域，具体而言，涉及一种工业机器人写绘方法、系统、工件加工方法和计算机设备。
背景技术
运用工业机器人进行喷涂、刻字等写绘作业过程中，采用离线编程是一种高效的工业机器人控制方法，但需要有丰富的专业知识和专业技能才能完成操作。
发明内容
本发明正是基于上述问题，提出了一种工业机器人写绘方法、系统和工件加工方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种工业机器人写绘方法，包括如下步骤：通过绘图界面获取用户输入的写绘轨迹；通过工业机器人坐标位置矩阵将所述写绘轨迹转换为工业机器人的写绘工具的运行姿态和位置，通过所述工业机器人的写绘工具的运行姿态和位置生成工业机器人控制程序。
本发明的有益效果是：通过将用户写绘输入的写绘轨迹转化为工业机器人的写绘工具的运行姿态和位置，用所见即所得的方式，非常直观地控制工业机器人的进行写绘操作，简化了运用工业机器人进行写绘的工作难度，降低了对编程人员专业知识和专业技能的要求。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述通过工业机器人坐标位置矩阵将所述写绘轨迹转换为工业机器人的写绘工具的运行姿态和位置，包括，将所述写绘轨迹转化为工件坐标系下的运动轨迹；通过工业机器人坐标位置矩阵将所述工件坐标系下的运动轨迹转换为所述工业机器人的写绘工具的运行姿态和位置。
进一步地，所述将所述写绘轨迹转化为工件坐标系下的运动轨迹，包括，标定所述工件坐标系的坐标原点与所述绘图界面的坐标原点一致；根据工件尺寸相对于所述绘图界面像素尺寸的放缩比例，将所述写绘轨迹放缩为所述工件坐标系下的运动轨迹，所述工件尺寸和所述绘图界面像素尺寸预先获取。
进一步地，所述工业机器人的写绘工具的运行姿态和位置包括六维向量X、Y、Z、A、B和C，其中，所述X、Y和Z表示在工具坐标系下的三维空间位置坐标，Z根据实际写绘场景预设；所述A、B和C表示写绘工具围绕x轴、y轴和z轴的旋转角；根据所述工件坐标系坐标原点及坐标轴与所述工具坐标系坐标原点及坐标轴之间的相对位置获取所述工业机器人坐标位置矩阵；所述通过工业机器人坐标位置矩阵将所述工件坐标系下的运动轨迹转换为所述工业机器人的写绘工具的运行姿态和位置，包括，分别获取写绘工具围绕x轴、y轴和z轴的旋转角A、B和C；通过所述工业机器人坐标位置矩阵将所述工件坐标系下的运动轨迹的横、纵坐标转换为工具坐标系下的横、纵坐标。
进一步地，所述分别获取工具围绕x轴、y轴和z轴的旋转角A、B和C，包括，根据实际写绘场景预设A、B和C，或根据所述工业机器人坐标位置矩阵通过求解欧拉zyz，获得所述A、B和C。
进一步地，所述写绘轨迹包括轨迹宽度和轨迹颜色信息；所述方法还包括，根据所述写绘轨迹的宽度和轨迹颜色信息，生成与所述工业机器人工具的姿态和位置相对应的IO动作控制程序。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过获取输入线条的宽度、颜色等信息，相应的生成工业机器人写绘程序，使工业机器人能够在写绘过程中改变线条宽度和线条的功能，提高了写绘加工效果。
进一步地，所述通过绘图界面获取用户输入的写绘轨迹，包括，通过鼠标或触摸所述绘图界面获取用户输入的写绘轨迹。
本发明还公布一种工业机器人写绘系统，包括：写绘轨迹获取模块，用于通过绘图界面获取用户输入的写绘轨迹；程序生成模块，用于通过工业机器人坐标位置矩阵将所述运动轨迹转换为工业机器人的写绘工具的运行姿态和位置，通过所述工业机器人的写绘工具的运行姿态和位置生成工业机器人控制程序。
采用上述技术方案的有益效果是：通过将用户写绘输入的写绘轨迹转化为工业机器人的写绘工具的运行姿态和位置，用所见即所得的方式，非常直观地控制工业机器人的进行写绘操作，简化了运用工业机器人进行写绘的工作难度，降低了对编程人员专业知识和专业技能的要求。
本发明还公布一种工件加工方法，包括：采用上述技术方案所述的工业机器人写绘方法，生成所述工业机器人控制程序；将所述工业机器人控制程序下载到工业机器人；工业机器人执行所述工业机器人控制程序，加工得到成品工件。
本发明还公布一种计算机设备，包括存储器、处理器、写绘输入设备及存储在所述存储器上的并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上述技术方案所述的机器人写绘方法。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例提供的工作流程图；
图2示出了根据本发明的实施例提供的用户写绘输入过程示意图；
图3示出了根据本发明的实施例提供的工业机器人加工过程示意图；
图4示出了根据本发明的实施例提供的绘图界面写绘轨迹示意图；
图5示出了根据本发明的实施例提供的绘图界面写绘轨迹坐标示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、绘图界面坐标原点；2、绘图界面；3、写绘轨迹；4、工件坐标系的坐标原点；5、工件，即蛋糕；6、工件坐标系的运动轨迹；7、工业机器人的写绘工具；8、工具坐标系；9、工具坐标系的坐标原点；10、工件坐标系；11、工业机器人基准坐标系。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例即实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了根据本发明的实施例提供的工程流程图。
如图1所示，本实施例中，一种工业机器人写绘方法，包括如下步骤：通过绘图界面2获取用户输入的写绘轨迹3；通过工业机器人坐标位置矩阵将所述写绘轨迹3转换为工业机器人的写绘工具7的运行姿态和位置，通过所述工业机器人的写绘工具7的运行姿态和位置生成工业机器人控制程序。
图形化写绘输入，具有直观，输入快捷，便于用户理解的特点。在利用工业机器人进行辅助雕刻、涂胶领域，通过写绘的方式进行写绘轨迹录入，更符合用户使用习惯。
上述实施例中：通过将用户写绘输入的写绘轨迹转化为工业机器人的写绘工具的运行姿态和位置，用所见即所得的方式，非常直观地控制工业机器人的进行写绘操作，简化了运用工业机器人进行写绘的工作难度，降低了对编程人员专业知识和专业技能的要求。
可选地，所述通过工业机器人坐标位置矩阵将所述写绘轨迹3转换为工业机器人的写绘工具7的运行姿态和位置，包括，将所述写绘轨迹转化为工件坐标系10下的运动轨迹6；通过工业机器人坐标位置矩阵将所述工件坐标系10下的运动轨迹6转换为所述工业机器人的写绘工具7的运行姿态和位置。
通过将用户写绘输入的写绘轨迹自动地转化为工业机器人可以识别的写绘工具运行姿态和位置，方便地生成工业机器人写绘控制程序，从而控制工业机器人写绘操作，简化了对工业机器人的控制流程。
可选地，所述将所述写绘轨迹3转化为工件坐标系10下的运动轨迹6，包括，标定所述工件坐标系的坐标原点4与所述绘图界面2的坐标原点1一致；根据工件5尺寸相对于所述绘图界面2像素尺寸的放缩比例，将所述写绘轨迹3放缩为所述工件坐标系10下的运动轨迹6，所述工件5尺寸和所述绘图界面2像素尺寸预先获取。
用户写绘输入的写绘轨迹，可用连续获取的输入设备在绘图界面2上的点坐标表示。用户写绘输入的过程示意图如图2所示。绘图界面2的写绘轨迹3如图4所示。写绘轨迹3对应的点坐标如图5所示。点坐标序列可以表示为，P1:0，0；P2:0,1；P3:0,2；P4:1,2；P5:2,3；P6:3,4，该坐标采用像素表示。其中P1,P2,P3,P4,P5,P6为与写绘轨迹3对应的点。
上述点坐标，可以很方便的通过操作系统自带的系统API函数获得。可通过c#自带的winform，使用其内部封装的Drawing接口函数，通过DrawLine(Pen pen,Point pt1,Point pt2)，获取点坐标。
为实现实际的写绘加工操作，需要进行坐标转换，将绘图界面2写绘输入的写绘轨迹3，转化为工件坐标系10的运动轨迹6。首先，可使工件坐标系10的坐标原点4与绘图界面2的坐标原点1一致，该操作可通过工业机器人自带的标定功能实现。
写绘轨迹3的坐标用像素表示，工件坐标系10坐标用实际尺寸表示。假定待写绘加工的工件5尺寸与绘图界面2对应，可由此求得，工件坐标系10相对于绘图界面2的比例放缩关系。工件5的尺寸可以通过实际测量获得，绘图界面2的像素尺寸可以通过软件预设，或调用系统API获得。经计算，本实施例可采用1毫米/像素的放缩比例。根据实际工件5尺寸和绘图界面2的不同，可以获得不同的放缩比例。
可选地，所述工业机器人的写绘工具7的运行姿态和位置包括六维向量X、Y、Z、A、B和C，其中，所述X、Y和Z表示在工具坐标系8下的三维空间位置坐标，Z根据实际写绘场景预设；所述A、B和C表示写绘工具7围绕x轴、y轴和z轴的旋转角；根据所述工件坐标系10的坐标原点4及坐标轴与所述工具坐标系8的坐标原点9及坐标轴之间的相对位置获取所述工业机器人坐标位置矩阵；所述通过工业机器人坐标位置矩阵将所述工件坐标系10下的运动轨迹6转换为所述工业机器人的写绘工具7的运行姿态和位置，包括，分别获取所述写绘工具7围绕x轴、y轴和z轴的旋转角A、B和C；通过所述工业机器人坐标位置矩阵将所述工件坐标系10下的运动轨迹6的横、纵坐标转换为工具坐标系8下的横、纵坐标。
可选地，所述分别获取所述写绘工具7围绕x轴、y轴和z轴的旋转角A、B和C，包括，根据实际写绘场景预设A、B和C，或根据所述工业机器人坐标位置矩阵通过求解欧拉zyz，获得所述A、B和C。
如图3所示，工业机器人通常包括工件坐标系10、工具坐标系8和工业机器人基准坐标系11。工业机器人通过写绘工具7完成写绘操作，需要获取工具坐标系8下写绘工具的运行姿态和位置。该运行姿态和位置需用六个方面的自由度X、Y、Z、A、B和C限定。因在写绘操作中，其纵坐标不变化，因此，在本实施例中，因写绘工具7和工件5为同一平面，Z可以为0。根据写绘工具7复位时，写绘工具7相对于工件5的距离，设置Z为相应的值。
因工件坐标系10坐标原点4、坐标轴设置与工具坐标系8的坐标原点9、坐标轴设置并不相同，需要通过工业机器人坐标位置矩阵进行变换。该坐标位置矩阵由三个姿态方向向量、一个位置向量以及补齐行获得。
如图3所示，工业机器人工具坐标系8，x姿态方向向量为{0，-1，0}，y姿态方向向量{1，0，0}，z姿态方向向量为{0，0，1}，设工件坐标原点4相对于工具坐标原点9的位置向量为{a,b,0}，加上补齐行。坐标位置矩阵如下：
设
运用欧拉zyz旋转公式，
θx＝atan2(r32，r33)
θz＝atan2(r21，r11)
代入x、y和z姿态方向向量构成的矩阵
可得A、B和C(即，对应θx、θy、和θz)为0度、0度和-90度。
值得注意的是，A、B和C除通过欧拉zyz旋转公式获得外，还可以根据两个坐标系的相对位置关系，通过测量或经验值获得。
如前所述，Z、A、B和C为固定值。
X、Y值可通过由写绘轨迹3转化为工件坐标系10下的运动轨迹6的横、纵坐标获得。
可选地，所述写绘轨迹3包括轨迹宽度和轨迹颜色信息，所述方法还包括，根据所述写绘轨迹3的宽度和轨迹颜色信息，生成与所述工业机器人写绘工具7的姿态和位置相对应的IO动作控制程序。
默认地，工业机器人控制程序包括写绘工具7的运行姿态和位置变换的动作序列。运行姿态和位置向变换动作序列的转换，可通过工业机器人内置的功能实现。工业机器人的IO动作，包括更换加工工具、调整喷出强度、调整工具运动速度加速度等。
利用常用的绘图工具API函数，获取绘图线条宽度和颜色是本领域的常规技术手段。
当线条宽度改变时，生成改变喷出强度或运动速度的IO动作程序，以改变加工线条宽度；当线条颜色改变时，生成更换写绘工具的IO动作程序，以改变加工线条颜色。
在上述实施例中，通过获取输入线条的宽度、颜色等信息，相应的生成工业机器人控制程序，使工业机器人能够在写绘加工过程中改变线条宽度和线条的功能，提高了加工效果。
可选地，所述通过绘图界面2获取用户输入的写绘轨迹3，包括，通过鼠标或触摸所述绘图界面2获取用户输入的写绘轨迹3。
可以理解的是，鼠标、触摸屏、触摸板等所有能够实现写绘输入的设备都能够用作本发明的输入，可根据用户的使用习惯而使用不同的输入设备，从而更友好地支持用户完成写绘输入。
本发明还提供一种工业机器人写绘系统，包括：写绘轨迹获取模块，用于通过绘图界面2获取用户输入的写绘轨迹3；程序生成模块，用于通过工业机器人坐标位置矩阵将所述写绘轨迹3转换为工业机器人的写绘工具7的运行姿态和位置，通过所述工业机器人的写绘工具7的运行姿态和位置生成工业机器人控制程序。
在上述实施例中，通过将用户写绘输入的写绘轨迹转化为工业机器人程序，用所见即所得的方式，非常直观地实现工业机器人的程序生成，简化了工业机器人程序编写的难度，降低了对编程人员专业知识和专业技能的要求。
本发明还公布一种工件加工方法，包括：采用上述实施例所述的工业机器人写绘方法，生成所述工业机器人控制程序；将所述工业机器人控制程序下载到工业机器人；工业机器人执行所述工业机器人控制程序，加工得到成品工件。
本发明还公布一种计算机设备，包括存储器、处理器、写绘输入设备及存储在所述存储器上的并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例所述的机器人写绘方法。
下面，结合利用工业机器人在蛋糕上写字，详细叙述本发明工作过程。
日常生活中，人们常常希望在蛋糕上写一些文字和图画以实现私人定制，体现个性化特点，利用工业机器人可以很好的实现这一功能。
实现过程如下，如图2所示，用户在电脑界面写绘上“love”字样的祝福文字，写绘轨迹获取模块获取用户输入的写绘轨迹3、线条粗细、颜色等信息。程序生成模块，首先完成工业机器人工件坐标原点4的标定，尔后，根据工件5的实际尺寸和绘图界面2尺寸的关系，求取放缩比例，再根据放缩比例，将写绘轨迹3转化为工件坐标系10下的运动轨迹6，再通过通过工业机器人坐标位置矩阵将工件坐标系10下的运动轨迹6转换为工业机器人的写绘工具7的运行姿态和位置，通过写绘工具7的运行姿态和位置，转化为工业机器人控制程序，从而控制工业机器人写绘工具7进行工作。工业机器人执行控制程序，在工件5上，进行加工，得到写绘有文字的蛋糕。工业机器人执行程序进行写绘加工的示意图如图3所示。同时，当用户输入的写绘轨迹3的颜色更改时，还可能生成对应的IO动作程序，工业机器人执行程序，更换对应颜色的写绘工具7，即实现工业机器人对不同颜色的加工。类似地，当写绘轨迹宽度变化时，生成调整喷涂强度的IO动作程序，工业机器人执行程序，可以调整加工线条的粗细。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用以限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工业机器人写绘方法，其特征在于，包括：
通过绘图界面(2)获取用户输入的写绘轨迹(3)；
通过工业机器人坐标位置矩阵将所述写绘轨迹(3)转换为工业机器人的写绘工具(7)的运行姿态和位置，通过所述工业机器人的写绘工具(7)的运行姿态和位置生成工业机器人控制程序。
2.根据权利要求1所述的一种工业机器人写绘方法，其特征在于，所述通过工业机器人坐标位置矩阵将所述写绘轨迹(3)转换为工业机器人的写绘工具(7)的运行姿态和位置，包括，
将所述写绘轨迹转化为工件坐标系(10)下的运动轨迹(6)；
通过工业机器人坐标位置矩阵将所述工件坐标系(10)下的运动轨迹(6)转换为所述工业机器人的写绘工具(7)的运行姿态和位置。
3.根据权利要求2所述的一种工业机器人写绘方法，其特征在于，所述将所述写绘轨迹(3)转化为工件坐标系(10)下的运动轨迹(6)，包括，
标定所述工件坐标系(10)的坐标原点(4)与所述绘图界面(2)的坐标原点(1)一致；
根据工件(5)尺寸相对于所述绘图界面(2)像素尺寸的放缩比例，将所述写绘轨迹(3)放缩为所述工件坐标系(10)下的运动轨迹(6)，所述工件(5)尺寸和所述绘图界面(2)像素尺寸预先获取。
4.根据权利要求2所述的一种工业机器人写绘方法，其特征在于，所述工业机器人的写绘工具(7)的运行姿态和位置包括六维向量X、Y、Z、A、B和C，其中，所述X、Y和Z表示在工具坐标系(8)下的三维空间位置坐标，Z根据实际写绘场景预设；所述A、B和C表示写绘工具(7)围绕x轴、y轴和z轴的旋转角；
根据所述工件坐标系(10)的坐标原点(4)及坐标轴与所述工具坐标系(8)的坐标原点(9)及坐标轴之间的相对位置获取所述工业机器人坐标位置矩阵；
所述通过工业机器人坐标位置矩阵将所述工件坐标系(10)下的运动轨迹(6)转换为所述工业机器人的写绘工具(7)的运行姿态和位置，包括，
分别获取所述写绘工具(7)围绕x轴、y轴和z轴的旋转角A、B和C；
通过所述工业机器人坐标位置矩阵将所述工件坐标系(10)下的运动轨迹(6)的横、纵坐标转换为工具坐标系(8)下的横、纵坐标。
5.根据权利要求4所述的一种工业机器人写绘方法，其特征在于，所述分别获取所述写绘工具(7)围绕x轴、y轴和z轴的旋转角A、B和C，包括，
根据实际写绘场景预设A、B和C，或根据所述工业机器人坐标位置矩阵通过求解欧拉zyz，获得所述A、B和C。
6.根据权利要求1所述的一种工业机器人写绘方法，其特征在于，所述写绘轨迹(3)包括轨迹宽度和轨迹颜色信息；所述方法还包括，
根据所述写绘轨迹(3)的宽度和轨迹颜色信息，生成与所述工业机器人写绘工具(7)的姿态和位置相对应的IO动作控制程序。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种工业机器人写绘方法，其特征在于，所述通过绘图界面(2)获取用户输入的写绘轨迹(3)，包括，通过鼠标或触摸所述绘图界面(2)获取用户输入的写绘轨迹(3)。
8.一种工业机器人写绘系统，其特征在于，包括：
写绘轨迹获取模块，用于通过绘图界面(2)获取用户输入的写绘轨迹(3)；
程序生成模块，用于通过工业机器人坐标位置矩阵将所述写绘轨迹(3)转换为工业机器人的写绘工具(7)的运行姿态和位置，通过所述工业机器人的写绘工具(7)的运行姿态和位置生成工业机器人控制程序。
9.一种工件加工方法，包括：采用权利要求1至7任一项所述的工业机器人写绘方法，生成所述工业机器人控制程序；将所述工业机器人控制程序下载到工业机器人；工业机器人执行所述工业机器人控制程序，加工得到成品工件。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器、写绘输入设备及存储在所述存储器上的并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7的任一项所述的机器人写绘方法。
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