CN112223277A - 一种多轴机器人离线程序编制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多轴机器人离线程序编制方法，步骤包括：建立多轴机器人的机器人三维模型以及作业任务的任务三维模型，并对模型近似度进行验证；根据任务三维模型制定出机器人三维模型中各个关节点的角位移，并确定各个关节点的角位移时长；对各个关节点进行逐个独立程序编制，并进行调试和验证控制各自的误差比例要求；将各个关节点进行组合联调和验证，最终控制整体误差比例。该多轴机器人离线程序编制方法利用近似度验证能够确保较高的相似性，增强离线编程的可靠性；利用逐个独立程序编制，能够为下一步骤组合联调降低难度；利用组合联调和验证能够控制组合造成的误差。

Description

一种多轴机器人离线程序编制方法

技术领域

本发明涉及一种离线程序编制方法，尤其是一种多轴机器人离线程序编制方法。

背景技术

随着机器人应用领域越来越广，传统的示教编程这种编程手段有些场合变得效率非常低下，于是离线编程应运而生，并且应用越来越普及。

离线编程的优势在于：减少机器人停机的时间，当对下一个任务进行编程时，机器人可仍在生产线上工作；使编程者远离危险的工作环境，改善了编程环境；离线编程系统使用范围广，可以对各种机器人进行编程；能方便地实现优化编程；可对复杂任务进行编程；直观地观察机器人工作过程，判断包括超程、碰撞、奇异点、超工作空间等错误。

但是离线编程由于是基于三维模型进行的编程，必然会存在误差，导致编制好的程序在下载到机器人运行后可能存在较大的操作误差。

发明内容

发明目的：提供一种多轴机器人离线程序编制方法，能够降低实际运行时的误差，增强离线编程的可靠性。

技术方案：本发明所述的多轴机器人离线程序编制方法，包括如下步骤：

步骤1，建立多轴机器人的机器人三维模型以及作业任务的任务三维模型，并对机器人三维模型以及任务三维模型的模型近似度进行验证；

步骤2，在模型近似度验证通过后，根据任务三维模型制定出机器人三维模型中各个关节点的角位移，并确定各个关节点的角位移时长；

步骤3，根据各个关节点的角位移以及角位移时长对各个关节点进行逐个独立程序编制，并对每个关节点的程序编制进行调试和验证，控制各个关节点的角位移以及角位移时长符合各自的误差比例要求；

步骤4，在全部关节点的编制程序完成调试和验证后，将各个关节点进行组合联调和验证，最终控制机器人三维模型的整体操作误差符合整体误差比例要求。

进一步的，步骤1中，在进行模型近似度验证时，具体步骤为：

步骤1.1，对机器人三维模型进行验证：

获取多轴机器人的实测参数，包括结构参数和驱动参数，并筛选出结构参数中影响多轴机器人操作端轨迹的结构特征参数，驱动参数包括各个关节点的扭力值以及角速度；

对各个结构特征参数与机器人三维模型对应位置处的模型结构参数进行模型结构误差计算，若各个模型结构误差均符合设定的模型结构误差比例要求，则判定机器人三维模型的结构参数验证合格；

根据多轴机器人实际的驱动参数来对应设置机器人三维模型中各个关节点的驱动参数，并在参数设置完成后利用驱动实例对设置好驱动参数的机器人三维模型进行驱动实例验证，若驱动实例的各项驱动参数的驱动误差均符合设定的驱动误差比例要求，则判定机器人三维模型的驱动参数验证合格；

当结构参数和驱动参数均验证合格时，则判定机器人三维模型为相似度验证合格；

步骤1.2，对任务三维模型进行验证：

获取任务工件实测的工件结构参数，筛选出工件结构参数中影响多轴机器人操作端轨迹的工件特征参数；

对任务工件实测的工件特征参数与任务三维模型对应位置处的工件模型参数进行工件结构误差计算，若各个工件结构误差均符合设定的工件结构误差比例要求，则判定任务三维模型的结构参数验证合格。

进一步的，模型结构误差比例为模型结构误差与对应的结构特征参数的比例值，模型结构误差为对应位置处的结构特征参数与模型结构参数的差值绝对值，模型结构误差比例小于0.1％即满足模型结构误差比例要求。

进一步的，驱动误差比例为驱动误差与目标驱动量的比例值，驱动误差为驱动实例的实际驱动量与目标驱动量的差值绝对值，驱动误差比例小于0.1％即满足驱动误差比例要求。

进一步的，工件结构误差比例为工件结构误差与工件特征参数的比例值，工件结构误差为工件特征参数与工件模型参数的差值绝对值，工件结构误差比例小于0.1％即满足工件结构误差比例要求。

进一步的，步骤3中，在对每个关节点的程序编制进行调试和验证时，具体步骤为：

步骤3.1，对关节点的角位移进行调试，并验证角位移的角位移误差，若角位移误差符合设定的角位移误差比例要求，则判定该关节点的角位移验证合格；

步骤3.2，对关节点的角位移时长进行调试，并验证角位移时长误差，若角位移时长误差符合设定的角位移时长误差比例要求，则判定该关节点的角位移时长验证合格。

进一步的，角位移误差比例为角位移误差与目标角位移的比例值，角位移误差为实际角位移与目标角位移的差值绝对值，角位移误差比例小于0.1％即满足角位移误差比例要求。

进一步的，角位移时长误差比例为角位移时长误差与目标角位移时长的比例值，角位移时长误差为实际角位移时长与目标角位移时长的差值绝对值，角位移时长误差比例小于0.1％即满足角位移时长误差比例要求。

进一步的，步骤4中，在对各个关节点进行组合联调和验证时，具体步骤为：

步骤4.1，根据机器人三维模型获得各个关节点的空间调节特征量以及各个关节点的上下级关系；

步骤4.2，计算整体操作的模型整体操作值与整体操作目标值的差值绝对值作为整体操作误差；

步骤4.3，计算整体操作误差与整体操作目标值的比例值作为整体误差比例，若整体误差比例小于0.1％即满足整体误差比例要求；若整体误差比例大于等于0.1％，则对模型整体操作值与整体操作目标值的差值进行分析，获得差值的特征量组成，再根据特征量组成在各个关节点的空间调节特征量中匹配出对应的空间调节特征量；

步骤4.4，根据匹配出的空间调节特征量找出对应的各个关节点，再根据找出的各个关节点的上下级关系进行自上而下逐级误差调节，使得整体误差比例小于0.1％。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：利用机器人三维模型以及任务三维模型同步建立，由于采用的是同一坐标系以及测量标准，能够确保模型之间的相对误差较小，增强离线编程的可靠性；利用近似度验证能够确保机器人三维模型和任务三维模型与真实的多轴机器人和作业任务保持较高的相似性，进一步增强离线编程的可靠性；利用对各个关节点进行逐个独立程序编制，能够便于后期程序运行过程中对某个关节点进行独立维护或调试，也为下一步骤组合联调降低难度；利用将各个关节点进行组合联调和验证，从而在各个独立程序编制和调试验证完成后进行综合调试，控制组合造成的误差。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：

如图1所示，本发明公开的多轴机器人离线程序编制方法，包括如下步骤：

步骤1，建立多轴机器人的机器人三维模型以及作业任务的任务三维模型，可通过现有的3D扫描技术对多轴机器人以及作业任务进行扫描获得，并对机器人三维模型以及任务三维模型的模型近似度进行验证；通过AutodeskReCap软件将3D扫描的实时点云数据转化为AutoCAD支持的点云数据格式，然后通过AutoCAD的插件PointShape建模工具完成三维建模；

步骤2，在模型近似度验证通过后，根据任务三维模型制定出机器人三维模型中各个关节点的角位移，并确定各个关节点的角位移时长；在制定角位移和角位移时长时，是基于对编程人员实际的编程思路的，属于本领域技术人员的基本知识；

步骤3，根据各个关节点的角位移以及角位移时长对各个关节点进行逐个独立程序编制，并对每个关节点的程序编制进行调试和验证，控制各个关节点的角位移以及角位移时长符合各自的误差比例要求；

步骤4，在全部关节点的编制程序完成调试和验证后，将各个关节点进行组合联调和验证，最终控制机器人三维模型的整体操作误差符合整体误差比例要求。

利用机器人三维模型以及任务三维模型同步建立，由于采用的是同一坐标系以及测量标准，能够确保模型之间的相对误差较小，增强离线编程的可靠性；利用近似度验证能够确保机器人三维模型和任务三维模型与真实的多轴机器人和作业任务保持较高的相似性，进一步增强离线编程的可靠性；利用对各个关节点进行逐个独立程序编制，能够便于后期程序运行过程中对某个关节点进行独立维护或调试，也为下一步骤组合联调降低难度；利用将各个关节点进行组合联调和验证，从而在各个独立程序编制和调试验证完成后进行综合调试，控制组合造成的误差。

进一步的，步骤1中，在进行模型近似度验证时，具体步骤为：

步骤1.1，对机器人三维模型进行验证：

获取多轴机器人的实测参数，包括结构参数和驱动参数，并筛选出结构参数中影响多轴机器人操作端轨迹的结构特征参数，驱动参数包括各个关节点的扭力值以及角速度；结构特征参数一般至少包括多轴机器人的各个关节点的轴距以及各个关节点转轴的轴心线空间夹角；

对各个结构特征参数与机器人三维模型对应位置处的模型结构参数进行模型结构误差计算，若各个模型结构误差均符合设定的模型结构误差比例要求，则判定机器人三维模型的结构参数验证合格；

根据多轴机器人实际的驱动参数来对应设置机器人三维模型中各个关节点的驱动参数，并在参数设置完成后利用驱动实例对设置好驱动参数的机器人三维模型进行驱动实例验证，若驱动实例的各项驱动参数的驱动误差均符合设定的驱动误差比例要求，则判定机器人三维模型的驱动参数验证合格；驱动实例均为单项动作实例，例如对某个关节点而言，可以是将转轴转动90°角，且转动时长为1秒。

当结构参数和驱动参数均验证合格时，则判定机器人三维模型为相似度验证合格；

步骤1.2，对任务三维模型进行验证：

获取任务工件实测的工件结构参数，筛选出工件结构参数中影响多轴机器人操作端轨迹的工件特征参数；工件可以是立方体形工件或者其他形状的，且工件的各项结构参数为已知，工件特征参数可以是长度、宽度、高度、直径或者坡度等参数；

对任务工件实测的工件特征参数与任务三维模型对应位置处的工件模型参数进行工件结构误差计算，若各个工件结构误差均符合设定的工件结构误差比例要求，则判定任务三维模型的结构参数验证合格。

通过误差比例要求的设置，能够使得误差判定在统一的标准上，避免出现由于轴距或者转角大小不同造成的误差大小差异较大而使得判定标准不一致的问题，使得误差控制标准相同。

进一步的，模型结构误差比例为模型结构误差与对应的结构特征参数的比例值，模型结构误差为对应位置处的结构特征参数与模型结构参数的差值绝对值，当所有位置处的模型结构误差比例均小于0.1％即满足模型结构误差比例要求。

进一步的，驱动误差比例为驱动误差与目标驱动量的比例值，驱动误差为驱动实例的实际驱动量与目标驱动量的差值绝对值，当所有驱动参数的驱动误差比例均小于0.1％即满足驱动误差比例要求。

进一步的，工件结构误差比例为工件结构误差与工件特征参数的比例值，工件结构误差为工件特征参数与工件模型参数的差值绝对值，当所有工件模型参数的工件结构误差比例均小于0.1％即满足工件结构误差比例要求。

进一步的，步骤3中，在对每个关节点的程序编制进行调试和验证时，具体步骤为：

步骤3.1，对关节点的角位移进行调试，并验证角位移的角位移误差，若角位移误差符合设定的角位移误差比例要求，则判定该关节点的角位移验证合格；

步骤3.2，对关节点的角位移时长进行调试，并验证角位移时长误差，若角位移时长误差符合设定的角位移时长误差比例要求，则判定该关节点的角位移时长验证合格。

进一步的，角位移误差比例为角位移误差与目标角位移的比例值，角位移误差为实际角位移与目标角位移的差值绝对值，角位移误差比例小于0.1％即满足角位移误差比例要求。通过角位移误差比例要求来控制角位移误差，从而确保角位移的编程调试的精度。

进一步的，角位移时长误差比例为角位移时长误差与目标角位移时长的比例值，角位移时长误差为实际角位移时长与目标角位移时长的差值绝对值，角位移时长误差比例小于0.1％即满足角位移时长误差比例要求。通过角位移时长误差比例要求来控制角位移误差，从而确保角位移时长的编程调试的精度。

进一步的，步骤4中，在对各个关节点进行组合联调和验证时，具体步骤为：

步骤4.1，根据机器人三维模型获得各个关节点的空间调节特征量以及各个关节点的上下级关系；

步骤4.2，计算整体操作的模型整体操作值与整体操作目标值的差值绝对值作为整体操作误差；

步骤4.3，计算整体操作误差与整体操作目标值的比例值作为整体误差比例，若各项整体误差比例均小于0.1％即满足整体误差比例要求；若各项整体误差比例均大于等于0.1％，则对模型整体操作值与整体操作目标值的差值进行分析，获得差值的特征量组成，再根据特征量组成在各个关节点的空间调节特征量中匹配出对应的空间调节特征量；整体操作误差即为操作端的误差值，比例各个加工点位的距离误差、角度误差；整体操作目标值例如目标距离、目标角度；模型整体操作值例如模型实际的操作距离、操作角度；差值的特征量组成包括距离差值或者某个角度的差值；匹配出对应的空间调节特征量包括各个角度及其距离，根据角度及其距离能够判定出哪个或者哪几个关节点存在误差，例如俯仰角误差，那么便找到控制俯仰角的关节点，又如加工深度和角度误差，那么便找到控制深度距离和加工角度的各个关节点；

步骤4.4，根据匹配出的空间调节特征量找出对应的各个关节点，再根据找出的各个关节点的上下级关系进行自上而下逐级误差调节，使得整体误差比例小于0.1％。

通过上下级关系能够在找到相应的关节点后进行自上而下逐级误差调节，从而不会盲目地进行全部关节点的调节，节省调试时间，且能够有针对性地进行快速调节，使得整体误差比例快速缩小至0.1％以下。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (9)

1.一种多轴机器人离线程序编制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，建立多轴机器人的机器人三维模型以及作业任务的任务三维模型，并对机器人三维模型以及任务三维模型的模型近似度进行验证；

步骤2，在模型近似度验证通过后，根据任务三维模型制定出机器人三维模型中各个关节点的角位移，并确定各个关节点的角位移时长；

步骤3，根据各个关节点的角位移以及角位移时长对各个关节点进行逐个独立程序编制，并对每个关节点的程序编制进行调试和验证，控制各个关节点的角位移以及角位移时长符合各自的误差比例要求；

步骤4，在全部关节点的编制程序完成调试和验证后，将各个关节点进行组合联调和验证，最终控制机器人三维模型的整体操作误差符合整体误差比例要求。

2.根据权利要求1所述的多轴机器人离线程序编制方法，其特征在于：步骤1中，在进行模型近似度验证时，具体步骤为：

步骤1.1，对机器人三维模型进行验证：

获取多轴机器人的实测参数，包括结构参数和驱动参数，并筛选出结构参数中影响多轴机器人操作端轨迹的结构特征参数，驱动参数包括各个关节点的扭力值以及角速度；

对各个结构特征参数与机器人三维模型对应位置处的模型结构参数进行模型结构误差计算，若各个模型结构误差均符合设定的模型结构误差比例要求，则判定机器人三维模型的结构参数验证合格；

根据多轴机器人实际的驱动参数来对应设置机器人三维模型中各个关节点的驱动参数，并在参数设置完成后利用驱动实例对设置好驱动参数的机器人三维模型进行驱动实例验证，若驱动实例的各项驱动参数的驱动误差均符合设定的驱动误差比例要求，则判定机器人三维模型的驱动参数验证合格；

当结构参数和驱动参数均验证合格时，则判定机器人三维模型为相似度验证合格；

步骤1.2，对任务三维模型进行验证：

获取任务工件实测的工件结构参数，筛选出工件结构参数中影响多轴机器人操作端轨迹的工件特征参数；

对任务工件实测的工件特征参数与任务三维模型对应位置处的工件模型参数进行工件结构误差计算，若各个工件结构误差均符合设定的工件结构误差比例要求，则判定任务三维模型的结构参数验证合格。

3.根据权利要求2所述的多轴机器人离线程序编制方法，其特征在于：模型结构误差比例为模型结构误差与对应的结构特征参数的比例值，模型结构误差为对应位置处的结构特征参数与模型结构参数的差值绝对值，模型结构误差比例小于0.1％即满足模型结构误差比例要求。

4.根据权利要求2所述的多轴机器人离线程序编制方法，其特征在于：驱动误差比例为驱动误差与目标驱动量的比例值，驱动误差为驱动实例的实际驱动量与目标驱动量的差值绝对值，驱动误差比例小于0.1％即满足驱动误差比例要求。

5.根据权利要求2所述的多轴机器人离线程序编制方法，其特征在于：工件结构误差比例为工件结构误差与工件特征参数的比例值，工件结构误差为工件特征参数与工件模型参数的差值绝对值，工件结构误差比例小于0.1％即满足工件结构误差比例要求。

6.根据权利要求1所述的多轴机器人离线程序编制方法，其特征在于：步骤3中，在对每个关节点的程序编制进行调试和验证时，具体步骤为：

步骤3.1，对关节点的角位移进行调试，并验证角位移的角位移误差，若角位移误差符合设定的角位移误差比例要求，则判定该关节点的角位移验证合格；

步骤3.2，对关节点的角位移时长进行调试，并验证角位移时长误差，若角位移时长误差符合设定的角位移时长误差比例要求，则判定该关节点的角位移时长验证合格。

7.根据权利要求6所述的多轴机器人离线程序编制方法，其特征在于：角位移误差比例为角位移误差与目标角位移的比例值，角位移误差为实际角位移与目标角位移的差值绝对值，角位移误差比例小于0.1％即满足角位移误差比例要求。

8.根据权利要求6所述的多轴机器人离线程序编制方法，其特征在于：角位移时长误差比例为角位移时长误差与目标角位移时长的比例值，角位移时长误差为实际角位移时长与目标角位移时长的差值绝对值，角位移时长误差比例小于0.1％即满足角位移时长误差比例要求。

9.根据权利要求1所述的多轴机器人离线程序编制方法，其特征在于：步骤4中，在对各个关节点进行组合联调和验证时，具体步骤为：

步骤4.1，根据机器人三维模型获得各个关节点的空间调节特征量以及各个关节点的上下级关系；

步骤4.2，计算整体操作的模型整体操作值与整体操作目标值的差值绝对值作为整体操作误差；

步骤4.3，计算整体操作误差与整体操作目标值的比例值作为整体误差比例，若整体误差比例小于0.1％即满足整体误差比例要求；若整体误差比例大于等于0.1％，则对模型整体操作值与整体操作目标值的差值进行分析，获得差值的特征量组成，再根据特征量组成在各个关节点的空间调节特征量中匹配出对应的空间调节特征量；

步骤4.4，根据匹配出的空间调节特征量找出对应的各个关节点，再根据找出的各个关节点的上下级关系进行自上而下逐级误差调节，使得整体误差比例小于0.1％。

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