CN116512286B - 一种六自由度冲压机器人及其冲压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种六自由度冲压机器人及其冲压方法，包括以下步骤：拿取待冲压件，然后控制基座至第二机械臂进行运动，实时监测各个关节的运动参数，使末端执行器靠近冲压床；当第六关节处于冲压床的上模面和下模面之间时，控制设置超声波测距模块工作，构建超声波测距模型，判断第六关节是否期望安全点处；控制第三机械臂和末端执行器进行姿态调整运动，并再次开启超声波测距模块，最终控制末端执行器将待冲压件放入至下模组上并放料和等待冲压。本发明能够有效确定待冲压件是否到达准确位置而避免误操作，也可以避免超声波测距信号确定的不准确所导致的延时所带来的误操作，进一步提高了六自由度冲压机器人在人工智能化过程中的安全性。

Description

一种六自由度冲压机器人及其冲压方法
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种六自由度冲压机器人及其冲压方法。
背景技术
随着我国智能系统的不断进步和发展，在工业制造中已经逐渐采用机械手臂来满足工作环境多变的作业需求，具有智能感应下的多自由度机械臂的多自由度机器人将成为未来工业生产的重要劳动力。智能感应和多自由度机械臂系统的设计与实现，已成为我国工业制造业在世界生产制造业中取得核心竞争力的重要保障。冲压机器人可以实现冲压加工过程中的自动化送料、下料，再通过与冲压床进行配合，对冲压机器人送料至待冲压区域的待冲压件进行冲压加工，冲压机器人在生产过程中的自动化控制是实现自动下料上料的零部件生产工艺核心。因此在系统控制方案设计与实施时，要从现阶段生产线协调性出发，通过实现控制冲压机器人与冲压床功能之间的灵活协调性，以此来加大冲压机器人的自动化稳定控制，提升系统生产效率和大批量生产安全性。
现有技术中，如专利号为CN105665579B的中国专利公开了一种冲压控制系统及冲压方法，控制系统包括机械手和冲床，所述机械手末端用于夹取物料，所述冲床设有上模面和下模面，还包括用于控制所述机械手和冲床运行的控制系统，且所述控制系统，在所述机械手处于所述上模面和下模面之间时，控制所述机械手末端的上端面与所述上模面之间的实际距离大于或等于安全距离，所述安全距离介于所述上模面与下模面之间距离的1/3至1/5；所述控制系统，在所述机械手将物料放置于所述下模面的模腔上后并在冲床执行冲压操作前，控制所述冲床向所述下模面移动，并调整所述上模面的高度，使得所述机械手末端的上端面与所述上模面之间的实际距离等于所述安全距离。
但是其仅仅是公开了具体的控制系统的机械结构以及控制系统控制机械结构的具体参数，却没有对如何利用各个参数对控制系统精确控制冲压床与冲压机器人在工作时间上的协调以及如何确定其已经准确地达到了距离冲压床的上模面的安全距离处。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提供一种六自由度冲压机器人及其冲压方法。本发明能够先控制第一电机至第三电机进而控制基座、第一机械臂和第二机械臂进行将待冲压件靠近冲压床的运动轨迹优化，再通过能够准确判定振幅和相位达到稳定的超声波测距模块确定待冲压件分别到达冲压床上模面和下模面的期望安全点后，再进一步优化控制第四电机至第六电机控制第三机械臂和末端执行器进行姿态调整运动，并再次通过超声波测距模块确定末端执行器拿取的待冲压件已经放置在下模面的最优点等待冲压床的上模面对其冲压；本发明的六自由度机器人的冲压方法能够有效确定待冲压件是否到达准确位置而避免误操作，也可以避免超声波测距信号确定的不准确所导致的延时所带来的误操作，进一步提高了六自由度冲压机器人在人工智能化过程中的安全性。
本发明提供如下技术方案：一种六自由度冲压机器人的冲压方法，所述冲压方法用于冲压坯料得到机械零部件，包括以下步骤：
S1：所述六自由度冲压机器人拿取待冲压件，然后控制所述六自由度冲压机器人的腰部、第一机械臂和第二机械臂进行运动，实时监测所述六自由度冲压机器人的各个关节的运动参数，使所述六自由度冲压机器人的第六关节带动待冲压件靠近所述冲压床；
S2：当所述第六关节带着待冲压件处于冲压床的上模面和下模面之间时，控制设置在所述第六关节上端面的超声波测距模块向冲压床的上模面和下模面发出超声波并接收反射回的超声波，构建超声波测距模型，判断所述第六关节是否处于所述冲压床的上模面和下模面之间的期望安全点处；
S3：当所述第六关节处于所述期望安全点处后，控制所述六自由度冲压机器人的第三机械臂和末端执行器进行姿态调整运动，并再次开启超声波测距模块，最终控制末端执行器将待冲压件放入至下模组上并放料，然后冲压床的上模面靠近所述下模面，完成一次待冲压件被所述六自由度冲压机器人取料并放置在冲压床上等待被冲压的过程。
作为本发明的进一步优选限定，所述S1步骤包括以下步骤：
S11：在所述S1步骤中的实时监测所述六自由度冲压机器人的各个关节的运动参数过程中，实时监测所述冲压机器人的基座与腰部连接的第一关节、腰部与第一机械臂连接的第二关节、第一机械臂与第二机械臂连接的第三关节、第二机械臂与第三机械臂连接的第四关节、第三机械臂与末端执行器连接的第五关节以及末端执行器与待冲压件连接的第六关节的实时运动参数，构建所述六自由度冲压机器人的齐次坐标矩阵：
，
其中， 表示第i个关节的实时笛卡尔角位移矢量，i=1,2,3,4,5,6；
S12：计算各个关节的位姿变换矩阵：
，
其中， 为第i个关节的位姿变换矩阵， 为绕 轴旋转角度的第一旋转矩阵，为沿轴平移距离的第一位移变换矩阵，为沿轴平移距离的第二位移变换矩阵，为绕轴旋转角度的第二旋转矩阵； 为第i个关节的实时笛卡尔角位移矢量，即从轴到轴关于轴的转角；为第i关节所对应的自身连杆的偏置距离，即从轴到轴沿轴的距离；为第i关节所对应的自身连杆的扭角，即从轴到轴关于轴的转角；为第i关节所对应的自身连杆的长度，即从轴到轴沿轴的距离；
S13：根据所述S12步骤计算的各个关节的位姿变换矩阵，计算第六关节在所述六自由度冲压机器人所处的基础坐标系下的空间位置矩阵：
，
其中，为第六关节相对于基座所在基础坐标系内的位置 的空间位置转换矩阵，，分别为第六关节在基础坐标系内的横坐标、纵坐标和竖坐标；为一个5×5的单位矩阵，为一个5×1的零矩阵；
S14：构建所述六自由度冲压机器人的第一关节至第六关节的运动模型：
，
其中，μ为所述六自由度冲压机器人的惯性参数，为第i个关节的实时笛卡尔角速度矢量，为第i个关节的实时笛卡尔角加速度矢量；为第i个关节受到的所述六自由度冲压机器人所有输入的力所导致的力矩矢量，并定义为所述六自由度冲压机器人的内部力矩矢量矩阵；为带有惯性参数μ的所述六自由度冲压机器人的正定对称惯性矩阵，为带有惯性参数μ的所述六自由度冲压机器人的离心力和哥式力项矩阵，为带有惯性参数μ的所述六自由度冲压机器人的重力项矩阵；
S15：采用有限傅里叶变换表示第一关节至第六关节的实时笛卡尔角位移矢量、实时笛卡尔角速度矢量和实时笛卡尔角加速度矢量，采用最小二乘法优化所述六自由度冲压机器人的第一关节至第六关节的运动模型，进而优化所述六自由度冲压机器人的第一关节至第六关节靠近所述冲压床的运动轨迹，使所述六自由度冲压机器人以最小的误差按照期望的运动轨迹靠近所述冲压床。
作为本发明的进一步优选限定，所述六自由度冲压机器人的内部力矩矢量矩阵的计算公式如下：
，
其中，Q为所述六自由度冲压机器人内部构件参数矩阵；为所述六自由度冲压机器人笛卡尔矢量矩阵Φ的逆矩阵；
所述六自由度冲压机器人内部构件参数矩阵Q如下：
，
其中，为腰部的质量，为第一机械臂的质量，为第二机械臂的质量，为第三机械臂的质量，为末端执行器的质量， 为被拿取的待冲压件的质量；为腰部的质心至第一关节所在基础坐标系内的坐标的距离，为第一机械臂的质心至第二关节（所在基础坐标系内的坐标的距离， 为第二机械臂的质心至第三关节所在基础坐标系内的坐标 的距离，为第三机械臂的质心至第四关节所在基础坐标系内的坐标的距离， 为末端执行器的质心至第五关节所在基础坐标系内的坐标的距离， 为被拿取的待冲压件的质心至第六关节所在基础坐标系内的坐标的距离；为第一关节沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩；为第二关节沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩；为第三关节沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩； 第四关节沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩；第五关节沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩，第六关节沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩；
所述六自由度冲压机器人笛卡尔矢量矩阵Φ如下：
。
作为本发明的进一步优选限定，所述S15步骤中，采用有限傅里叶变换表示的所述六自由度冲压机器人的第一关节至第六关节的实时笛卡尔角位移矢量、实时笛卡尔角速度矢量和实时笛卡尔角加速度矢量分别如下：
；
；
；
其中，为傅里叶级数的基本频率，进而各个关节产生的周期性响应的一个周期为，为第i个关节的角位移矢量傅里叶变换正弦系数，为第i个关节的角位移矢量傅里叶变换余弦系数，k为有限傅里叶变换过程中的第k个周期，k=1, 2, …,N。
作为本发明的进一步优选限定，所述S15步骤中采用最小二乘法优化所述六自由度冲压机器人的第一关节至第六关节的运动模型，进而优化所述六自由度冲压机器人的第一关节至第六关节靠近所述冲压床的运动轨迹包括以下步骤：
S151：构建所述第一关节至第六关节的实时最优轨迹模型：
；
s.t；
；
；
其中，R为最优轨迹距离计算值，、和分别为按照最优轨迹模型时末端执行器所到达的基础坐标系内的处于冲压床上模面和下模面之间的期望横坐标、期望纵坐标和期望竖坐标；为第i个关节在基础坐标系的实时横坐标，第i个关节在基础坐标系的实时纵坐标，第i个关节在基础坐标系的实时纵坐标；
S152：构建第一关节至第六关节的实时最优位置最小二乘拟合方程：
，
其中，C为第一关节至第六关节的实时最优笛卡尔角位移矢量解集合，其为一组第一关节至第六关节的实时笛卡尔角位移矢量最优集合：，R g为最小二乘法优化过程中得到的第g组数据，。
作为本发明的进一步优选限定，所述S2步骤中，包括以下步骤：
S21：构建从t 1 时刻至t W 时刻中的t w 时刻的接收到的超声波信号计算模型：
，
其中，t 1 为超声波发射开始时间点，t W 为接收到反射回的时间点；为在t w 时刻接收到的超声波信号，，为在t w 时刻的接收到的超声波信号的振幅，为在t w 时刻的接收到的超声波信号的频率，为在t w 时刻的接收到的超声波信号的相位；
S22：采用t w -1时刻接收到的超声波信号的相位估计值和振幅估计值，估计t w 时刻接收到的超声波信号：
；
其中，为t w 时刻接收到的超声波信号的估计值；
S23：计算t w 时刻接收到的超声波信号估计值与真实值 之间的误差：
；
S24：采用所述S23步骤的计算结果计算估计值和真实值之间的梯度向量：
，
其中，为t w 时刻接收到的超声波信号的振幅估计值和相位估计值组成的参数矩阵，；
S25：根据所述S24步骤得到的梯度向量，进一步计算t w 时刻接收到的超声波信号估计值与真实值之间的误差的海瑟矩阵；
S26：判断所述海瑟矩阵是否为正定矩阵，若是，则表明t w 时刻接收到的超声波信号的振幅和相位的变化值最小，即t w 时刻末端执行器已经到达位于冲压床上模组和下模组之间的期望安全点处，作为停止所述S2步骤的最优时刻点t w,best1 ；否则重复所述步骤S21-S25。
作为本发明的进一步优选限定，所述S26步骤中t w 时刻接收到的超声波信号估计值与真实值之间的误差的海瑟矩阵如下：
。
作为本发明的进一步优选限定，所述S3步骤，包括以下步骤：
S31：构建末端执行器所在水平面距离冲压床上模面在基础坐标系中的竖直方向的距离计算模型：
，
其中，β为所述超声波测距模块与冲压床上模面端侧在冲压床所在竖直方向上的夹角；为第六关节在冲压床上模面和下模面之间的期望安全点处在基础坐标系内竖直方向上距离冲压床上模面距离；S为超声波传播速度，S=340m/s；
S32：进一步计算末端执行器距离冲压床下模面在基础坐标系中的竖直方向的距离：
，
其中，T为冲压床在基础坐标系内竖直方向上上模面和下模面之间的距离；
S33：构建第四关节至第六关节的姿态调整最优模型：
；
；
；
；
；
；
其中，，；为第六关节将其拿取的待冲压件放置在冲压床下模面的最优点 过程中超声波模块发射超声波过程中的能耗，为第六关节将其拿取的待冲压件放置在冲压床下模面的最优点的时刻；为在t w,best1 时刻的接收到的超声波信号的频率；
S34：根据所述S33步骤构建的姿态调整最优模型，得到在此过程中第四关节实时运动的最优笛卡尔运动矢量 、第五关节实时运动的最优笛卡尔运动矢量和第六关节实时运动的最优笛卡尔运动矢量。
本发明还提供一种六自由度冲压机器人，包括基座，所述六自由度冲压机器人采用如上任一所述方法，所述六自由度冲压机器人还包括腰部、连接所述基座与所述腰部的第一关节、第一机械臂、连接所述腰部与第一机械臂的第二关节、第二机械臂、连接所述第二机械臂与第一机械臂的第三关节、第三机械臂、连接所述第三机械臂与第二机械臂的第四关节、末端执行器，连接末端执行器与第三机械臂的第五关节以及连接末端执行器与待冲压件的第六关节；
所述第六关节的上端面上还设置有超声波测距模块；所述六自由度冲压机器人还包括控制其运行的中央控制单片机，所述中央控制单片机执行如上所述方法的S1-S3步骤；
所述超声波测距模块包括超声波发射模块以及超声波接收模块，所述超声波发射模块用于向所述冲压床的上模面和下模面发射超声波，所述超声波接收模块用于接收反射回的超声波信号；
作为本发明的进一步优选限定，所述六自由度冲压机器人还包括驱动腰部相对于基座运动的第一电机、驱动第一机械臂相对于腰部运动的第二电机、驱动第二机械臂相对于第一机械臂运动的第三电机、驱动第三机械臂相对于第二机械臂运动的第四电机、驱动末端执行器相对于第三机械臂运动的第五电机以及驱动末端执行器带动其拿取的待冲压件运动的第六电机；所述末端执行器根据拿取待冲压件的需求不同设置为夹持部件、夹持手爪或吸盘中的一种。
本发明的有益效果为：
1、本发明提供的六自由度冲压机器人及其冲压方法中，首先由第一电机至第三电机分别控制腰部、第一机械臂、第二机械臂运动，由于第二机械臂的末端与第三机械臂的初始端相连接，因此，第三机械臂、末端执行器以及待冲压件会间接地被带动相对于冲压床的上模面和下模面运动，在S1步骤中通过实时监测六自由度冲压机器人的各个关节的位置以及运动参数数据，通过构建六自由度冲压机器人的齐次坐标矩阵，并计算各个关节的位姿变换矩阵，进而可以计算得到第六关节在所述六自由度冲压机器人所处的基础坐标系下的空间位置矩阵，通过各个关节的位姿变换矩阵的构建，可以有效地将各个关节所在的笛卡尔坐标系内的坐标，通过各个关节的位姿变换矩阵依次相乘而得到的空间位置转换矩阵而计算得到，进而可以只根据各个关节的笛卡尔坐标系内的运动参数得知其在基础坐标系内的空间坐标。
2、在本发明提供的六自由度冲压机器人及其冲压方法中，在S1步骤通过加入六自由度冲压机器人的惯性参数，结合得到的各个关节的笛卡尔运动矢量，进一步构建第一关节至第六关节的运动模型，该运动模型有效地考虑了各个关节所处位置、机械臂的重量以及质心所在基础坐标系内的位置，通过构建六自由度冲压机器人内部构件参数矩阵Q对所关注到的关节所受到的各个轴输出动力的影响以及各个机械臂的自身重量、质心和长度对所关注到的关节的影响，进一步提高了采用最小二乘法优化第一关节至第六关节运动轨迹过程中的计算精确度；
采用有限傅里叶变换展开各个关节的实时笛卡尔角位移矢量、实时角速度矢量和实时角加速度矢量，使用有限傅里叶级数变换展开对各个关节的实时笛卡尔角位移矢量、实时角速度矢量和实时角加速度矢量瞬态响应的测量产生周期性响应预期，对每个关节的轨迹瞬间响应测量信号变换为谐波正弦和余弦函数的有限和，再采用最小二乘法对其进行优化，产生第一关节至第六关节的实时最优笛卡尔角位移矢量解集合C，，进而可以对S1步骤中的第一电机至第三电机的驱动进行精确控制，使第一关节至第六关节按照实时最优笛卡尔角位移矢量解集合形成的最优运动轨迹，完成末端执行器带动待冲压件靠近冲压床上模面和下模面的过程，有效提高了轨迹规划的精确性和鲁棒性。
3、本发明提供的六自由度冲压机器人在末端执行器与第三机械臂同轴且未相对于第三机械臂发生90度相对运动的初始位置的上端面上设置有超声波测距模块，该模块由中央控制单片机在S1步骤过程中，通过超声波测距模块的超声波发射模块向冲压床的上模面发射超声波信号，并通过超声波接收模块接收反射回来的超声波信号，通过构建从t 1 时刻至t W 时刻中的t w 时刻的接收到的超声波信号计算模型，再采用t w -1时刻接收到的超声波信号的相位估计值和振幅估计值 ，估计t w 时刻接收到的超声波信号，计算估计值与真实值之间的误差后，进一步计算二者之间的梯度向量，最终判断二者之间的误差的海瑟矩阵是否为正定矩阵而判断末端执行器是否已经到达位于冲压床上模组和下模组之间的期望安全点处，因此，通过上述超声波测距模块的算法优化，可以有效提高超声波探测在末端执行器逐渐靠近冲压床上模面和下模面过程中，是否到达了期望安全点，此外，在S3步骤进一步调整六自由度冲压机器人的第三机械臂和末端执行器的姿态调整运动过程中，也采用了超声波测距模块来确定末端执行器带着待冲压件从冲压床的上模面和下模面之间的期望安全点是否已经移动至下模面上的放置待冲压件的最优点 ；采用上述步骤优化超声波测距模块确定探测位置时，提高了超声波探测的精确度，避免六自由度机器人在进行S3步骤的姿态调整与S1步骤的靠近冲压床之间，以及S3步骤中将待冲压件放置在下模面上时无法有效确定是否到达准确位置而导致的误操作，或者超声波测距信号确定的不准确所导致的延时所带来的误操作，进一步提高了六自由度冲压机器人在人工智能化过程中的安全性。
4、本发明提供的六自由度冲压机器人及其冲压方法，在S3步骤时，控制第四电机至第六电机分别带动第三机械臂、末端执行器进行姿态调整运动，并开启超声波模块采用如S2步骤同样的超声波测距模块的探测方法，确定末端执行器夹持待冲压件的第六关节从冲压床上模组和下模组之间的期望安全点到达冲压床下模面放至待冲压件的最优点的时刻，通过构建第四关节至第六关节的姿态调整最优模型，在第四关节至第六关节的转动角度、、的限定下，同时限定末端执行器距离冲压床下模面在基础坐标系中的竖直方向的距离小于等于第六关节在基础坐标系内距离下模面的最大垂直距离，并大于等于距离下模面的最小垂直距离 ，以及该过程中的超声波模块发射超声波过程中的能耗的限定下，得到第四电机至第六电机分别控制第四关节、第五关节和第六关节的实时最优笛卡尔运动矢量：、和，进而在该过程中，按照上述得到的实时第四关节、第五关节和第六关节的最优笛卡尔运动矢量完成六自由度机器人拿取待冲压件从期望安全点至下模面放置最优点的过程。进一步优化了该过程中六自由度机器人的行走路径轨迹以及采用优化算法的超声波测距模块准确确定已经到达下模面放置最优点，进一步提高了整个过程的无缝衔接，提高了六自由度机器人的安全性和运行准确性。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明提供的一种六自由度冲压机器人的冲压方法的流程图；
图2为本发明提供的方法所采用的六自由度冲压机器人正侧视图；
图3为采用本发明提供的方法的六自由度冲压机器人后侧视图；
图4为采用本发明提供的方法的六自由度冲压机器人各个关节所在空间坐标系示意图；
图5为采用本发明提供的方法的六自由度冲压机器人正视图；
图6为未采用本发明提供的优化算法后的超声波测距模块测量得到的接收超声波信号的振幅和相位的真实值和测量值实时对比图。
图7为本采用发明提供的优化算法后的超声波测距模块接收超声波信号的振幅和相位的真实值和测量值实时对比图；
图8为本发明提供的方法中超声波测距模块距离上模面和下模面于基础坐标系内竖直方向距离示意图；
图9为本发明提供的六自由度冲压机器人的正视图。
图中的附图标记所代表的技术特征分别为：1、基座；10、第一电机；11、第一关节；12、腰部正侧第一连接件；13、腰部背侧第二连接件；2、腰部；20、第二电机；21、第二关节；3、第一机械臂；30、第三电机；31、第三关节；4、第二机械臂；40、第四电机；41、第四关节；42、第二机械臂端部；5、第三机械臂；50、第五电机；51、第五关节；6、末端执行器；60、第六电机；61、第六关节；7、超声波测距模块。
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做出创造性劳动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。
如图1所示，为本发明提供的一种六自由度冲压机器人的冲压方法的流程图，本发明提供的冲压方法用于冲压坯料得到机械零部件，机械零部件的尺寸、大小以及形状可以根据不同的产品需求，设置冲压床的上模面和下模面，本发明提供的六自由度冲压机器人的冲压方法，包括以下步骤：
S1：六自由度冲压机器人拿取待冲压件，然后控制六自由度冲压机器人的第一电机10至第三电机30分别带动腰部2、第一机械臂3和第二机械臂4进行运动，实时监测六自由度冲压机器人的各个关节的运动参数（在各个关节位置处设置有GPS定位模块和陀螺仪，陀螺仪也可以采用加速度传感器替换），使六自由度冲压机器人的第六关节61带动待冲压件靠近冲压床；
S2：当第六关节61带着待冲压件处于冲压床的上模面和下模面之间时，控制设置在第六关节61上端面的超声波测距模块7向上模面和下模面发出超声波并接收反射回的超声波，构建超声波测距模型，判断第六关节61是否处于冲压床的上模面和下模面之间的期望安全点处；
S3：当第六关节61处于期望安全点处后，控制六自由度冲压机器人的第三机械臂5和末端执行器6进行姿态调整运动，姿态调整运动包括控制第四电机40带动第三机械臂5相对于第二机械臂4沿第四关节41所在笛卡尔坐标系轴旋转，进而调整末端执行器6在基础坐标系内调节垂直竖轴方向距离冲压床下模面的最优点横轴方向位置；并控制第五电机50带动末端执行器6相对于第三机械臂5沿第五关节51所在笛卡尔坐标系 轴运动，进而带动末端执行器6下移靠近下模面调节在基础坐标系内垂直竖轴方向的位置和距离下模面放置待冲压件在冲压床下模面的最优点的纵轴方向位置，同时还控制第六电机60带动末端执行器6沿第六关节61所在笛卡尔坐标系z6轴旋转，调整待冲压件被冲压时在下模面上的，并再次开启超声波测距模块7，最终控制末端执行器6将待冲压件适宜平稳放入至下模组上并放料，然后冲压床的上模面靠近下模面，完成一次待冲压件被六自由度冲压机器人取料并放置在冲压床上冲压的过程。
如图2-图3所示，本申请提供的方法所基于的六自由度冲压机器人的每个关节在自身所处位置，以相邻两个连杆转动所绕轴线为z轴，以右手准则形成x轴、y轴和z轴的三维坐标系笛卡尔坐标系，如第i个关节形成轴、 轴和 轴三维坐标系；基础坐标系为，基座1在基础坐标系内的位置作为基础坐标系原点：，第一电机10带动腰部2与基座1连接的第一关节11相对于 轴发生 角度的旋转；第二电机20带动第一机械臂3相对于腰部2在第二关节21处绕轴发生角度的旋转；第三电机30带动第二机械臂4相对于第一机械臂3在第三关节处绕轴发生角度的旋转，第四电机40带动第三机械臂5相对于第二机械臂4在第四关节41处绕轴发生角度的旋转；此时第五电机50和第六电机60并不工作，进而第五关节轴51处和第六关节61处并不发生角度上的变化运动，末端执行器6此时与第三机械臂5呈90度，末端执行器6在未到达拿取待冲压件之前一直处于与第三机械臂5同一轴线上，由于要拿取待冲压件并进行S1-S3步骤，将待冲压件移动至冲压床的上模面和下模面之间进行冲压，因此，在进行S1步骤时，也即末端执行器6拿取了待冲压件之后，一直处于与第三机械臂5呈90度的状态。为了清楚的对应各个关节和其相应的驱动电机的关系，列出表1。
当待冲压件被冲压完成之后，控制六自由度冲压机器人按照上述步骤的逆过程将冲压好的冲压件放置于冲压件码料区，并再次控制六自由度冲压机器人进行上述S1-S3步骤，进而拿取下一件待冲压件至冲压床上进行冲压。
作为本发明的一个优选实施例，为了优化在S1步骤过程中第一电机10至第三电机30分别控制腰部2、第一机械臂3、第二机械臂4的运动，进而确定第一关节11至第六关节61最优的运动轨迹，该运动轨迹使拿取到待冲压件的末端执行器6以最小的路径运动至冲压床的上模面和下模面之间的期望安全点处等待下一步第四电机40至第六电机60进一步分别控制第三机械臂5相对于第二机械臂4的旋转、末端执行器6相对于第三机械臂5的旋转以及末端执行器6带动待冲压件旋转以确定摆放至下模面的方向，因此，本优选实施例中S1步骤包括以下步骤：
S11：在S1步骤中的实时监测六自由度冲压机器人的各个关节的运动参数过程中，实时监测冲压机器人的基座1与腰部2连接的第一关节11、腰部2与第一机械臂3连接的第二关节21、第一机械臂3与第二机械臂4连接的第三关节31、第二机械臂4与第三机械臂5连接的第四关节41、第三机械臂5与末端执行器6连接的第五关节51以及末端执行器6与待冲压件连接的第六关节61的实时运动参数，构建六自由度冲压机器人的齐次坐标矩阵：
，
其中，表示第i个关节的实时笛卡尔角位移矢量，i=1,2,3,4,5,6；
S12：计算各个关节的位姿变换矩阵：
，
其中，为第i个关节的位姿变换矩阵，为绕轴旋转 角度的第一旋转矩阵，为沿轴平移 距离的第一位移变换矩阵，为沿轴平移距离的第二位移变换矩阵，为绕轴旋转 角度的第二旋转矩阵；为第i关节的第i个关节的实时笛卡尔角位移矢量，即从轴到轴关于 轴的转角；为第i关节所对应的自身连杆的偏置距离，即从轴到轴沿轴的距离；为第i关节所对应的自身连杆的扭角，即从轴到轴关于轴的转角；为第i关节所对应的自身连杆的长度，即从轴到轴沿 轴的距离；其中第一关节11对应腰部2作为自身连杆，第二关节21对应第一机械臂3作为自身连杆，第三关节31对应第二机械臂4作为自身连杆，第四关节41对应第三机械臂5作为自身连杆，第五关节51对应末端执行器6作为自身连杆；各个关节的位姿变换矩阵中的各项参数均为随时间实时变化的；
因此，腰部2相当于第一连杆、第一机械臂3相当于第二连杆、第二机械臂4相当于第三连杆、第三机械臂5相当于第四连杆，末端执行器6相当于第五连杆，基座1所处的坐标系为基础坐标系，基座1所在基础坐标系的坐标为 ；
；
；
；
；
S13：根据S12步骤计算的各个关节的位姿变换矩阵，计算第六关节61在六自由度冲压机器人所处的基础坐标系下的空间位置矩阵：
，
其中，为第六关节61相对于基座1所在基础坐标系内的位置的空间位置转换矩阵， ，分别为第六关节61在基础坐标系内的横坐标、纵坐标和竖坐标；为一个5×5的单位矩阵， 为一个5×1的零矩阵；
S14：构建六自由度冲压机器人的第一关节11至第六关节61的运动模型：
，
其中，μ为六自由度冲压机器人的惯性参数， 为第i个关节的实时笛卡尔角速度矢量，为第i个关节的实时笛卡尔角加速度矢量；为第i个关节受到的六自由度冲压机器人所有输入的力所导致的力矩矢量，并定义为六自由度冲压机器人的内部力矩矢量矩阵；为带有惯性参数μ的六自由度冲压机器人的正定对称惯性矩阵，为带有惯性参数μ的六自由度冲压机器人的离心力和哥式力项矩阵，为带有惯性参数μ的六自由度冲压机器人的重力项矩阵；
S15：采用有限傅里叶变换表示第一关节11至第六关节61的实时笛卡尔角位移矢量、实时笛卡尔角速度矢量和实时笛卡尔角加速度矢量，采用最小二乘法优化六自由度冲压机器人的第一关节11至第六关节61的运动模型，进而优化六自由度冲压机器人的第一关节11至第六关节61靠近冲压床的运动轨迹，使六自由度冲压机器人以最小的误差按照期望的运动轨迹靠近冲压床。
由于第三机械臂5的初始端与第二机械臂4的末端固定连接，因此，在驱动第三轴旋转的第三电机30的带动下，第三轴 的旋转会带动第二机械臂4向下低头靠近第一机械臂3或向上抬头远离第一机械臂3，在此过程中第二机械臂4的末端也会带动第三机械臂5的初始端运动；此外在S3步骤过程中进行姿态调整过程中驱动第四轴旋转的第四电机40的带动下，会带动第三机械臂5沿第四轴进行正负角度的旋转，进而调节末端执行器6的第六关节61在基础坐标系的垂直方向竖轴的定位以及在基础坐标系内的横纵方向的定位；驱动第五电机50，会带动末端执行器6相对于第三机械臂5在第五关节51所在笛卡尔坐标系轴进行正负角度的旋转，进而调节其在基础坐标系内的纵轴方向的定位，以及在基础坐标系内的垂直方向竖轴的定位；因此通过同时驱动第四电机40和第五电机50可以达到对末端执行器6的第六关节61在基础坐标系内的竖轴、横轴和纵轴的同时调节，进而可以定位至下模板上放至待冲压件的最优点，再通过同时驱动第六电机60可以调整第六关节61在下模面放置待冲压件的最优点处放置待冲压件的方向，即其放置的位置已经定位好，但是待冲压件可能需要在下模面的平面内，以最优点 为中心进行一定角度的旋转，使其摆正后冲压，控制驱动第六电机60带动末端执行器6的第六关节61进行旋转即可进行该调节。
因此，第三机械臂5与末端执行器6连接的第五关节51在基础坐标系内的位置（也就是第三机械臂5的末端的位置）在第一电机10至第三电机30的驱动下会改变，第四关节41也是如此，因此，会间接影响第六关节61位于基础坐标系内的位置；在S1步骤中中央控制单片机并不会控制第六电机60带动末端执行器6自身的旋转，也不会控制第五电机50带动第三机械臂5相对于第二机械臂4进行姿态调整（即不会控制第三机械臂5沿其所在z5轴进行旋转），因此，在S1步骤中，仅仅只有第一电机10至第四电机40分别驱动相对应的各个关节的运动会改变末端执行器6相对于冲压床在竖直方向上的变化。
因此，在S1步骤中需要确定控制第一电机10至第三电机30带动第一关节11至第六关节61所处的实时位置的最优轨迹。
进一步优选地，六自由度冲压机器人的内部力矩矢量矩阵的计算公式如下：
，
其中，Q为六自由度冲压机器人内部构件参数矩阵，其表明了各个关节、机械臂对所关注到的关节所受到的各个轴输出动力的影响以及各个机械臂的自身重量、质心和长度对所关注到的关节的影响；为六自由度冲压机器人笛卡尔矢量矩阵Φ的逆矩阵；
六自由度冲压机器人内部构件参数矩阵Q如下：
，
其中， 为腰部2的质量，为第一机械臂3的质量，为第二机械臂4的质量，为第三机械臂5的质量，为末端执行器6的质量， 为被拿取的待冲压件的质量；为腰部2的质心至第一关节11所在基础坐标系内的坐标 的距离，为第一机械臂3的质心至第二关节21所在基础坐标系内的坐标的距离，为第二机械臂4的质心至第三关节31所在基础坐标系内的坐标的距离，为第三机械臂5的质心至第四关节41所在基础坐标系内的坐标的距离，为末端执行器6的质心至第五关节51所在基础坐标系内的坐标的距离，为被拿取的待冲压件的质心至第六关节61所在基础坐标系内的坐标的距离；为第一关节11沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩；为第二关节21沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩；为第三关节31沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩；第四关节41沿其自身笛卡尔坐标系竖向 轴所受到的惯性矩；第五关节51沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩， 第六关节61沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩；
六自由度冲压机器人笛卡尔矢量矩阵Φ如下：
。
进一步优选地，采用有限傅里叶变换表示的六自由度冲压机器人的第一关节11、第二关节21、第三关节31、第四关节41、第五关节51和第六关节61的实时笛卡尔角位移矢量、实时笛卡尔角速度矢量和实时笛卡尔角加速度矢量 分别如下：
；
；
；
其中，为傅里叶级数的基本频率，进而各个关节产生的周期性响应的一个周期为，为第i个关节的角位移矢量傅里叶变换正弦系数，为第i个关节的角位移矢量傅里叶变换余弦系数，k为有限傅里叶变换过程中的第k个周期，k=1, 2, …,N。
进一步优选地，S15步骤中采用最小二乘法优化六自由度冲压机器人的第一关节11至第六关节61的运动模型，进而优化六自由度冲压机器人的第一关节11至第六关节61靠近冲压床的运动轨迹包括以下步骤：
S151：构建第一关节11至第六关节61的实时最优轨迹模型：
；
s.t；
；
；
其中，R为最优轨迹距离计算值， 、 和 分别为按照最优轨迹模型时末端执行器6所到达的基础坐标系内的处于冲压床上模面和下模面之间的期望横坐标、期望纵坐标和期望竖坐标；为第i个关节在基础坐标系的实时横坐标，第i个关节在基础坐标系的实时纵坐标， 第i个关节在基础坐标系的实时纵坐标；
S152：构建第一关节11至第六关节61的实时最优位置最小二乘拟合方程：
，
其中，C为第一关节11至第六关节61的实时最优笛卡尔角位移矢量解集合，其为一组第一关节11至第六关节61的实时笛卡尔角位移矢量最优集合：，实时最优笛卡尔角位移矢量解集合C能够使S151步骤构建的最优轨迹模型中的R值最小，R g为最小二乘法优化过程中得到的第g组数据，。
采用有限傅里叶变换表示第一关节11至第六关节61的实时笛卡尔角位移矢量、实时笛卡尔角速度矢量以及实时笛卡尔角加速度矢量，并采用最小二乘法对每个关节的实时笛卡尔角位移矢量、实时笛卡尔角速度矢量以及实时笛卡尔角加速度矢量进行优化，可以对S1步骤中的第一电机10至第三电机30的驱动进行精确控制，使第一关节112至第六关节61按照实时最优笛卡尔角位移矢量解集合形成的最优运动轨迹，完成末端执行器6带动待冲压件靠近冲压床上模面和下模面的过程，有效提高了轨迹规划的精确性和鲁棒性。
由于六自由度冲压机器人的末端执行器6拿取完待冲压件后，并未控制第四电机40驱动第三机械臂5相对于第二机械臂4进行位置调整，当六自由度冲压机器人经过S1步骤操作后，通过第一电机10至第三电机30的带动，可以最终带动末端执行器6到达处于冲压床上模面和下模面之间的期望点处，S2步骤通过设置在末端执行器6上端面的超声波模块进一步判断末端执行器6是否处于冲压床上下模面之间的安全范围内。
通过本发明提供的方法中的S15步骤，使用有限傅里叶级数变换展开对各个关节的实时笛卡尔角位移矢量、实时角速度矢量和实时角加速度矢量瞬态响应的测量产生周期性响应预期，对每个关节的轨迹瞬间响应测量信号变换为谐波正弦和余弦函数的有限和，再采用最小二乘法对其进行优化，产生第一关节11至第六关节61的实时最优笛卡尔角位移矢量解集合C，，进而可以对S1步骤中的第一电机10至第三电机30的驱动进行精确控制。
如图5所示，为采用最小二乘法优化得到的第一关节11至第六关节61的0～60min内的实时最优笛卡尔角位移矢量解所形成的周期性曲线，图中（a）为第一关节11在0～60s内的实时最优笛卡尔角位移矢量解所形成的周期性曲线，（b）为第二关节21在0～60s内的实时最优笛卡尔角位移矢量解所形成的周期性曲线，（c）为第三关节31在0～60s内的实时最优笛卡尔角位移矢量解所形成的周期性曲线，（d）为第四关节41在0～60s内的实时最优笛卡尔角位移矢量解所形成的周期性曲线，（e）为第五关节51在0～60s内的实时最优笛卡尔角位移矢量解所形成的周期性曲线；（f）为第六关节61在0～60s内的实时最优笛卡尔角位移矢量解所形成的周期性曲线。每个图中的上横线和下横线代表了对该矢量的限制上阈值和限制下阈值。
作为发明的另一个优选实施例，S2步骤中控制超声波测距模块7向冲压床的上模面和下模面发出超声波并接收反射回的超声波，构建超声波测距模型，判断第六关节61是否处于冲压床的上模面和下模面之间的期望安全点处，包括以下步骤：
S21：构建从t 1 时刻至t W 时刻中的t w 时刻的接收到的超声波信号计算模型：
，
其中，t 1 为超声波发射开始时间点，t W 为接收到反射回的时间点；为在t w 时刻接收到的超声波信号，，为在t w 时刻的接收到的超声波信号的振幅，为在t w 时刻的接收到的超声波信号的频率，为在t w 时刻的接收到的超声波信号的相位；
S22：采用t w -1时刻接收到的超声波信号的相位估计值 和振幅估计值，估计t w 时刻接收到的超声波信号：
；
其中，为t w 时刻接收到的超声波信号的估计值；
S23：计算t w 时刻接收到的超声波信号估计值与真实值之间的误差：
；
S24：采用S23步骤的计算结果计算估计值和真实值之间的梯度向量：
，
其中，为t w 时刻接收到的超声波信号的振幅估计值和相位估计值组成的参数矩阵，；
S25：根据S24步骤得到的梯度向量，进一步计算t w 时刻接收到的超声波信号估计值与真实值之间的误差的海瑟矩阵；
S26：判断海瑟矩阵是否为正定矩阵，若是，则表明t w 时刻接收到的超声波信号的振幅和相位的变化值最小，即t w 时刻末端执行器6已经到达位于冲压床上模组和下模组之间的期望安全点处，作为停止S2步骤的最优时刻点t w,best1 ；否则重复步骤S21-S25。
进一步优选地，S26步骤中t w 时刻接收到的超声波信号估计值与真实值之间的误差的海瑟矩阵如下：
。
判断海瑟矩阵是否为正定矩阵的方法如下：
列出t w 时刻接收到的超声波信号估计值与真实值之间的误差的海瑟矩阵的特征值求取表达式：
，
其中，E为2×2的单位矩阵，，设，，，；
因此，海瑟矩阵 的特征值求取表达式可以写为：
则根据行列式计算规则，其中至为已知数，则该式为关于λ的一元二次方程，具有两个解和，当两个解和 均大于0时，则海瑟矩阵为正定矩阵，则表明在t w 时刻接收到的超声波信号的振幅相对于t w -1时刻的振幅值的变化值最小，同样相位的变化值也最小，因此表明，在t w 时刻末端执行器6已经到达位于冲压床上模组和下模组之间的期望安全点处。
如图6分别显示了未采用本发明提供的S21-S26步骤优化的超声波测距模块7的接收超声波信号的振幅和相位的真实值和测量值实时对比图，图7显示了采用本发明提供的S21-S26步骤优化的超声波测距模块7的接收超声波信号的振幅和相位的准确度，图中实线为超声波信号振幅或相位的真实值，虚线为各个时刻的测量值。由图6和图7的对比可知，采用本发明S21-S26步骤提供优化算法后的超声波测距模块7能够更加准确地测量出振幅值和相位值，进而可以减少超声波测距模块7测量不准确带来的延时效应，进而可以避免时控点提前所导致的运动步骤先行所导致的机器人末端被冲压床上模面压损，或延时所导致的运动步骤延迟，进而上模面对已经被部分抽取走的还未冲压的坯料进行冲压，进而避免了坏品率提高的现象发生。
为了优化第四电机40至第六电机60分别控制第四关节41、第五关节51和第六关节61的最优笛卡尔运动矢量，进而使末端执行器6带动待冲压件从上模面和下模面之间的期望安全点进一步进行姿态调整，而达到下模面上的最优点放置待冲压件，进而等待冲压，作为本发明的另一个优选实施例，S3步骤，包括以下步骤：
S31：构建末端执行器6所在水平面距离冲压床上模面在基础坐标系中的竖直方向的距离计算模型：
，
其中，β为超声波测距模块7与冲压床上模面端侧在冲压床所在竖直方向上的夹角；如图8所示，为第六关节61在处冲压床上模面和下模面之间的期望安全点处在基础坐标系内竖直方向上距离冲压床上模面距离；S为超声波传播速度，S=340m/s；
此处，末端执行器6所在水平面为与基座1所在水平面平行的水平面；
S32：进一步计算末端执行器6距离冲压床下模面在基础坐标系中的竖直方向的距离：
，
其中，T为冲压床在基础坐标系内竖直方向上上模面和下模面之间的距离；超声波测距模块7设置于末端执行器6初始位置的上部；末端执行器6的初始位置即为未拿取待冲压件时，即末端执行器6未相对于第三机械臂5进行任何旋转或者位置移动时的上端面，因此，在经过步骤S1后，末端执行器6此时已经与第三机械臂5呈90度的位置状态时，超声波测距模块7此时正好处于面向冲压床的上模面和下模面的端面一侧；
S33：构建第四关节41至第六关节61的姿态调整最优模型：
；
；；
；
；
；
其中，，；为第六关节61将其拿取的待冲压件放置在冲压床下模面的最优点过程中超声波模块发射超声波过程中的能耗，为第六关节61将其拿取的待冲压件放置在冲压床下模面的最优点的时刻，在驱动六自由度冲压机器人进行S3步骤过程中，同样开启超声波模块确定从冲压床上模组和下模组之间的期望安全点到达冲压床下模面放至待冲压件的最优点的时刻，该时刻的确定采用如具有S21-S26步骤的方法；为在t w,best1 时刻的接收到的超声波信号的频率；
S34：根据S33步骤构建的姿态调整最优模型，得到在此过程中第四关节41实时运动的最优笛卡尔运动矢量 、第五关节51实时运动的最优笛卡尔运动矢量和第六关节61实时运动的最优笛卡尔运动矢量。
本发明还提供一种六自由度冲压机器人，如图2-3、图9所示，本发明提供的一种六自由度冲压机器人包括基座1，六自由度冲压机器人采用如上任一方法，六自由度冲压机器人还包括腰部2、连接基座1与腰部2的第一关节11、第一机械臂3、连接腰部2与第一机械臂3的第二关节21、第二机械臂4、连接第二机械臂4与第一机械臂3的第三关节31、第三机械臂5、连接第三机械臂5与第二机械臂4的第四关节41、末端执行器6，连接末端执行器6与第三机械臂5的第五关节51以及连接末端执行器6与待冲压件的第六关节61；
如图3、图9所示，基座1通过在其上表面设置的腰部正侧第一连接件12在第一关节11所在位置处与腰部2正侧连接，同时基座1通过其上表面设置的腰部背侧第二连接件13将第二电机20在第一关节11所在位置处与与腰部2的背侧连接；如图9所示，第二机械臂4与第一机械臂3在第三关节31的连接处通过第二机械臂端部42连接；
第六关节61的上端面上还设置有超声波测距模块7；六自由度冲压机器人还包括控制其运行的中央控制单片机，中央控制单片机执行如上任一方法的S1-S3步骤；
此处的上端面为当六自由度冲压机器人处于未工作的初始状态时，第三机械臂5与末端执行器6处于同一轴线上时，即第三机械臂5与末端执行器6并为发生90度相对位置转角变化时的状态，此时的上端面是位于末端执行器6的上方的，且超声波测距模块7内嵌于末端执行器6第六关节61的上端面内部，当发生的六自由度冲压机器人的冲压方法的S1步骤之后，末端执行器6由于拿取了待冲压件，因此末端执行器6与第三机械臂5发生90度相对转角位置变化，此时的超声波测距模块7与冲压床的上模面和下模面的位置关系如图8所示；
超声波测距模块7包括超声波发射模块以及超声波接收模块，超声波发射模块用于向冲压床的上模面和下模面发射超声波，超声波接收模块用于接收反射回的超声波信号；
进一步优选地，六自由度冲压机器人还包括驱动腰部2相对于基座1运动的第一电机10、驱动第一机械臂3相对于腰部2运动的第二电机20、驱动第二机械臂4相对于第一机械臂3运动的第三电机30、驱动第三机械臂5相对于第二机械臂4运动的第四电机40、驱动末端执行器6相对于第三机械臂5运动的第五电机50以及驱动末端执行器6带动其拿取的待冲压件运动的第六电机60；末端执行器6根据拿取待冲压件的需求不同设置为夹持部件、夹持手爪或吸盘中的一种。
本申请提供的附图中的末端执行器6均为吸盘结构，可以根据使用情景的不同，当待冲压件为板状结构或者平面截面较大时，末端执行器6采用吸盘，当待冲压件为异形结构，无法通过吸盘稳定吸附住时，末端执行器6可以选择采用夹持部件或者夹持手爪将待冲压件夹持，进而将其从拿取点运送至冲压床的上模面和下模面之间，进一步放料至下模面上，等待冲压床冲压。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，如果本领域的普通技术人员受其启示，做出其他的变化或变型，均属于本发明的保护范围。尤其是，只要不存在技术方案上的冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种六自由度冲压机器人的冲压方法，所述六自由度冲压机器人的冲压方法用于冲压坯料得到机械零部件，其特征在于，包括以下步骤：
S1：所述六自由度冲压机器人拿取待冲压件，然后控制所述六自由度冲压机器人的腰部（2）、第一机械臂（3）和第二机械臂（4）进行运动，实时监测所述六自由度冲压机器人的各个关节的运动参数，使所述六自由度冲压机器人的第六关节（61）带动待冲压件靠近冲压床；
S2：当所述第六关节（61）带着待冲压件处于冲压床的上模面和下模面之间时，控制设置在所述第六关节（61）上端面的超声波测距模块（7）向冲压床的上模面和下模面发出超声波并接收反射回的超声波，构建超声波测距模型，判断所述第六关节（61）是否处于所述冲压床的上模面和下模面之间的期望安全点处；
S3：当所述第六关节（61）处于所述期望安全点处后，控制所述六自由度冲压机器人的第三机械臂（5）和末端执行器（6）进行姿态调整运动，并再次开启超声波测距模块（7），最终控制末端执行器（6）将待冲压件放入至下模组上并放料，然后冲压床的上模面靠近所述下模面，完成一次待冲压件被所述六自由度冲压机器人取料并放置在冲压床上等待被冲压的过程；
所述S1步骤中采用最小二乘法优化所述六自由度冲压机器人的第一关节（11）至第六关节（61）的运动模型，进而优化所述六自由度冲压机器人的第一关节（11）至第六关节（61）靠近所述冲压床的运动轨迹，包括以下步骤：
S151：构建所述第一关节（11）至第六关节（61）的实时最优轨迹模型：
；
s.t；
；
；
其中，R为最优轨迹距离计算值，、和分别为按照最优轨迹模型时末端执行器（6）所到达的基础坐标系内的处于冲压床上模面和下模面之间的期望横坐标、期望纵坐标和期望竖坐标；为第i个关节在基础坐标系的实时横坐标，第i个关节在基础坐标系的实时纵坐标，第i个关节在基础坐标系的实时纵坐标；
S152：构建第一关节（11）至第六关节（61）的实时最优位置最小二乘拟合方程：
，
其中，C为第一关节（11）至第六关节（61）的实时最优笛卡尔角位移矢量解集合，其为一组第一关节（11）至第六关节（61）的实时笛卡尔角位移矢量最优集合：，R g为最小二乘法优化过程中得到的第g组数据，；
所述S2步骤中，包括以下步骤：
S21：构建从t 1 时刻至t W 时刻中的t w 时刻的接收到的超声波信号计算模型：
，
其中，t 1 为超声波发射开始时间点，t W 为接收到反射回的时间点；为在t w 时刻接收到的超声波信号，，为在t w 时刻的接收到的超声波信号的振幅，为在t w 时刻的接收到的超声波信号的频率，为在t w 时刻的接收到的超声波信号的相位；
S22：采用t w -1时刻接收到的超声波信号的相位估计值和振幅估计值，估计t w 时刻接收到的超声波信号：
；
其中，为t w 时刻接收到的超声波信号的估计值；
S23：计算t w 时刻接收到的超声波信号估计值与真实值之间的误差：
；
S24：采用所述S23步骤的计算结果计算估计值和真实值之间的梯度向量：
，
其中，为t w 时刻接收到的超声波信号的振幅估计值和相位估计值组成的参数矩阵，；
S25：根据所述S24步骤得到的梯度向量，进一步计算t w 时刻接收到的超声波信号估计值与真实值之间的误差的海瑟矩阵；
S26：判断所述海瑟矩阵是否为正定矩阵，若是，则表明t w 时刻接收到的超声波信号的振幅和相位的变化值最小，即t w 时刻末端执行器已经到达位于冲压床上模组和下模组之间的期望安全点处，作为停止所述S2步骤的最优时刻点t w,best1 ；否则重复所述步骤S21-S25；
所述S3步骤，包括以下步骤：
S31：构建末端执行器（6）所在水平面距离冲压床上模面在基础坐标系中的竖直方向的距离计算模型：
，
其中，β为所述超声波测距模块（7）与冲压床上模面端侧在冲压床所在竖直方向上的夹角；为第六关节（61）在冲压床上模面和下模面之间的期望安全点处在基础坐标系内竖直方向上距离冲压床上模面距离；S为超声波传播速度，S=340m/s；
S32：进一步计算末端执行器（6）距离冲压床下模面在基础坐标系中的竖直方向的距离：
，
其中，T为冲压床在基础坐标系内竖直方向上上模面和下模面之间的距离；
S33：构建第四关节（41）至第六关节（61）的姿态调整最优模型：
；
；
；
；
；
；
其中，，；为第六关节（61）将其拿取的待冲压件放置在冲压床下模面的最优点过程中超声波模块发射超声波过程中的能耗，为第六关节（61）将其拿取的待冲压件放置在冲压床下模面的最优点的时刻；为在t w,best1 时刻的接收到的超声波信号的频率；
S34：根据所述S33步骤构建的姿态调整最优模型，得到在此过程中第四关节（41）实时运动的最优笛卡尔运动矢量、第五关节（51）实时运动的最优笛卡尔运动矢量和第六关节（61）实时运动的最优笛卡尔运动矢量。
2.根据权利要求1所述的一种六自由度冲压机器人的冲压方法，其特征在于，所述S1步骤包括以下步骤：
S11：在所述S1步骤中的实时监测所述六自由度冲压机器人的各个关节的运动参数过程中，实时监测所述冲压机器人的基座（1）与腰部（2）连接的第一关节（11）、腰部（2）与第一机械臂（3）连接的第二关节（21）、第一机械臂（3）与第二机械臂（4）连接的第三关节（31）、第二机械臂（4）与第三机械臂（5）连接的第四关节（41）、第三机械臂（5）与末端执行器（6）连接的第五关节（51）以及末端执行器（6）与待冲压件连接的第六关节（61）的实时运动参数，构建所述六自由度冲压机器人的齐次坐标矩阵：
，
其中，表示第i个关节的实时笛卡尔角位移矢量，i=1,2,3,4,5,6；
S12：计算各个关节的位姿变换矩阵：
，
其中，为第i个关节的位姿变换矩阵，为绕轴旋转角度的第一旋转矩阵，为沿轴平移距离的第一位移变换矩阵，为沿轴平移距离的第二位移变换矩阵，为绕轴旋转角度的第二旋转矩阵；为第i个关节的实时笛卡尔角位移矢量，即从轴到轴关于轴的转角；为第i关节所对应的自身连杆的偏置距离，即从轴到轴沿轴的距离；为第i关节所对应的自身连杆的扭角，即从轴到轴关于轴的转角；为第i关节所对应的自身连杆的长度，即从轴到轴沿轴的距离；
S13：根据所述S12步骤计算的各个关节的位姿变换矩阵，计算第六关节（61）在所述六自由度冲压机器人所处的基础坐标系下的空间位置矩阵：
，
其中，为第六关节（61）相对于基座（1）所在基础坐标系内的位置的空间位置转换矩阵，，分别为第六关节（61）在基础坐标系内的横坐标、纵坐标和竖坐标；为一个5×5的单位矩阵，为一个5×1的零矩阵；
S14：构建所述六自由度冲压机器人的第一关节（11）至第六关节（61）的运动模型：
，
其中，μ为所述六自由度冲压机器人的惯性参数，为第i个关节的实时笛卡尔角速度矢量，为第i个关节的实时笛卡尔角加速度矢量；为第i个关节受到的所述六自由度冲压机器人所有输入的力所导致的力矩矢量，并定义为所述六自由度冲压机器人的内部力矩矢量矩阵；为带有惯性参数μ的所述六自由度冲压机器人的正定对称惯性矩阵，为带有惯性参数μ的所述六自由度冲压机器人的离心力和哥式力项矩阵，为带有惯性参数μ的所述六自由度冲压机器人的重力项矩阵；
S15：采用有限傅里叶变换表示第一关节（11）至第六关节（61）的实时笛卡尔角位移矢量、实时笛卡尔角速度矢量和实时笛卡尔角加速度矢量，采用最小二乘法优化所述六自由度冲压机器人的第一关节（11）至第六关节（61）的运动模型，进而优化所述六自由度冲压机器人的第一关节（11）至第六关节（61）靠近所述冲压床的运动轨迹，使所述六自由度冲压机器人以最小的误差按照期望的运动轨迹靠近所述冲压床。
3.根据权利要求2所述的一种六自由度冲压机器人的冲压方法，其特征在于，所述六自由度冲压机器人的内部力矩矢量矩阵的计算公式如下：
，
其中，Q为所述六自由度冲压机器人内部构件参数矩阵；为所述六自由度冲压机器人笛卡尔矢量矩阵Φ的逆矩阵；
所述六自由度冲压机器人内部构件参数矩阵Q如下：
，
其中，为腰部（2）的质量，为第一机械臂（3）的质量，为第二机械臂（4）的质量，为第三机械臂（5）的质量，为末端执行器（6）的质量，为被拿取的待冲压件的质量；为腰部（2）的质心至第一关节（11）所在基础坐标系内的坐标的距离，为第一机械臂（3）的质心至第二关节（21）所在基础坐标系内的坐标的距离，为第二机械臂（4）的质心至第三关节（31）所在基础坐标系内的坐标的距离，为第三机械臂（5）的质心至第四关节（41）所在基础坐标系内的坐标的距离，为末端执行器（6）的质心至第五关节（51）所在基础坐标系内的坐标的距离，为被拿取的待冲压件的质心至第六关节（61）所在基础坐标系内的坐标的距离；为第一关节（11）沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩；为第二关节（21）沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩；为第三关节（31）沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩；第四关节（41）沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩；第五关节（51）沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩，第六关节（61）沿其自身笛卡尔坐标系竖向轴所受到的惯性矩；
所述六自由度冲压机器人笛卡尔矢量矩阵Φ如下：
。
4.根据权利要求2所述的一种六自由度冲压机器人的冲压方法，其特征在于，所述S15步骤中，采用有限傅里叶变换表示的所述六自由度冲压机器人的第一关节（11）至第六关节（61）的实时笛卡尔角位移矢量、实时笛卡尔角速度矢量和实时笛卡尔角加速度矢量分别如下：
，
，
，
其中，为傅里叶级数的基本频率，进而各个关节产生的周期性响应的一个周期为，为第i个关节的角位移矢量傅里叶变换正弦系数，为第i个关节的角位移矢量傅里叶变换余弦系数，k为有限傅里叶变换过程中的第k个周期，k=1,2,…,N。
5.根据权利要求1所述的一种六自由度冲压机器人的冲压方法，其特征在于，所述S26步骤中t w 时刻接收到的超声波信号估计值与真实值之间的误差的海瑟矩阵如下：
。
6.一种六自由度冲压机器人，包括基座（1），其特征在于，所述六自由度冲压机器人采用如权利要求1-5任意一项所述六自由度冲压机器人的冲压方法，所述六自由度冲压机器人还包括腰部（2）、连接所述基座（1）与所述腰部（2）的第一关节（11）、第一机械臂（3）、连接所述腰部（2）与第一机械臂（3）的第二关节（21）、第二机械臂（4）、连接所述第二机械臂（4）与第一机械臂（3）的第三关节（31）、第三机械臂（5）、连接所述第三机械臂（5）与第二机械臂（4）的第四关节（41）、末端执行器（6），连接末端执行器（6）与第三机械臂（5）的第五关节（51）以及连接末端执行器（6）与待冲压件的第六关节（61）；
所述第六关节（61）的上端面上还设置有超声波测距模块（7）；所述六自由度冲压机器人还包括控制其运行的中央控制单片机，所述中央控制单片机执行如权利要求1-5任意一项所述六自由度冲压机器人的冲压方法的S1-S3步骤；
所述超声波测距模块（7）包括超声波发射模块以及超声波接收模块，所述超声波发射模块用于向所述冲压床的上模面和下模面发射超声波，所述超声波接收模块用于接收反射回的超声波信号。
7.根据权利要求6所述的一种六自由度冲压机器人，其特征在于，所述六自由度冲压机器人还包括驱动腰部（2）相对于基座（1）运动的第一电机（10）、驱动第一机械臂（3）相对于腰部（2）运动的第二电机（20）、驱动第二机械臂（4）相对于第一机械臂（3）运动的第三电机（30）、驱动第三机械臂（5）相对于第二机械臂（4）运动的第四电机（40）、驱动末端执行器（6）相对于第三机械臂（5）运动的第五电机（50）以及驱动末端执行器（6）带动其拿取的待冲压件运动的第六电机（60）；所述末端执行器（6）根据拿取待冲压件的需求不同设置为夹持部件、夹持手爪或吸盘中的一种。
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