CN117032067A - 一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器人磨抛技术领域，特别是涉及一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法，包括：建立工件毛坯包络体；获取毛坯上表面四个端点在工件坐标系XY平面上的投影坐标和坐标系XY平面到毛坯上表面距离；将上述信息通过CAM自带的文本插入功能插入到结构树中，并随前置APT文件自动输出；基于程序中操作结束符对程序间不同操作进行划分；判断操作间前后两法矢向量夹角是否超过限定值，若未超过限定值，则继续下一操作；若超过限定值，则继续判断毛坯四个端点是否位于操作间前后两点连线同侧，若位于同侧，则继续下一操作，若不位于同侧，则进行操作间轨迹自动衔接处理，处理过后，继续下一操作。通过本方法，能有效解决编程效率低的问题。

Description

一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法
技术领域
本发明涉及机器人磨抛技术领域，特别是涉及一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法。
背景技术
随着科学技术的发展，工业机器人在制造领域获得了广泛的应用。在航空制造领域，机器人加工也取得了较为广泛的研究，尤其是在民用航空制造企业，以波音、空客为首的世界著名航空制造巨头成功的应用机器人技术实现飞机钻铆、喷涂、打磨、焊接等应用，并获得了广泛的推广。
在进行机器人磨抛离线编程时，需考虑程序间衔接过渡问题，就需要工艺人员根据经验在程序间增加避障点并编制过渡轨迹，对工艺人员经验要求高，且存在反复修改问题，严重制约离线编程效率的提升。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法，能有效解决目前机器人磨抛加工程序编制过程中依赖人工增加避障点和编制过渡轨迹，造成的编程效率低的问题。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法，包括以下步骤：
步骤一.以工件坐标系为基准，沿X/Y/Z方向以最小化原则建立工件毛坯包络体；
步骤二.获取毛坯上表面四个端点在工件坐标系XY平面上的投影坐标(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)、(X4，Y4)和坐标系XY平面到毛坯上表面距离H；
步骤三.将上述信息通过CAM自带的文本插入功能插入到结构树中，并随前置APT文件自动输出；
步骤四.基于程序中操作结束符对程序间不同操作进行划分；
步骤五.判断操作间前后两法矢向量夹角是否超过限定值，若未超过限定值，则继续下一操作，直至结束；若超过限定值，则继续判断毛坯四个端点是否位于操作间前后两点连线同侧，若位于同侧，则继续下一操作，直至结束，若不位于同侧，则进行操作间轨迹自动衔接处理，处理过后，继续下一操作，直至结束。
所述步骤五中的进行操作间轨迹自动衔接处理具体包括以下步骤：
步骤S1.设上一操作末尾对应的点位和法矢坐标分别为PA(XA，YA，ZA)和τA(IA，JA，KA)，插入避障点M(XA，YA，H+L)；在PA点保持法矢不变驱动TCP点运动到点M；其中，L为毛坯上表面为到虚拟安全平面的距离；
步骤S2.设下一操作开始对应的点位和法矢坐标分别为PB(XB，YB，ZB)和τB(IB，JB，KB)，插入避障点N(XB，YB，H+L)，驱动TCP点由点M运动到点N，后在点N处将法矢τA(Ia，Ja，Ka)变化为τb(Ib，JB，KB)，即变化摆角角度；
步骤S3.驱动TCP点由点N运动到点PB，即完成操作间轨迹自动衔接。
所述步骤一中，工件毛坯包络体为长方体结构，工件外围最远点距离包络体边界面有3mm安全余量。
所述步骤五中前后两法矢向量夹角的计算方法为：
θ＝arccos(ab/(|a|·|b|))，
其中，a和b分别为操作前后两法矢向量。
所述步骤五中，毛坯四个端点是否位于操作间前后两点连线同侧的判断方法为：
设前一操作末尾点位为Pa(Xa，YA，ZA)，对应最后退刀点；后一操作起始点位为PB(XB，YB，ZB)，对应开始进刀点；则两点连线形成的向量在工件坐标系XY平面上的投影向量为
毛坯上表面四个端点在工件坐标系XY平面上的投影坐标分别为(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)、(X4，Y4)，四个端点和工件坐标系原点P*(X*，Y*)在工件坐标系XY平面上的投影点形成的四个向量分别为：
令
如果符号相同，即均朝Z+或均朝下Z/，则表明毛坯四个端点位于操作间前后两点连线同侧；否则，表明毛坯四个端点不位于操作间前后两点连线同侧。
所述步骤二中，通过在CAM离线编程系统中获取毛坯上表面四个端点在工件坐标系XY平面上的投影坐标。
所述步骤四中，结束符中存在END字符作为分割标识。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、目前，机器人磨抛程序间衔接需凭借人工经验增加避障点并编制轨迹，且需通过仿真环境进行反复调整确定，工作量大，离线编程耗时长，通过本方法，可弥补现有依赖人工经验规划避障点和磨抛轨迹，导致效率低的问题。具体的，本发明无需在离线编程阶段考虑程序间衔接过渡问题，避免了人工增加避障点和编制过渡轨迹造成的编程效率低的问题，可自动规划程序间过渡轨迹实现干涉碰撞的规避，大幅提升了离线编程效率和智能化程度。
2、将加工本方法与传统方法(依靠经验进行避障点设置和轨迹生成)进行对比。传统方法中，程序间点位设置一般需要0.3h，程序间轨迹生成一般需要0.5h，总计需要0.8h；相反，本方法中，程序间点位设置需要0h，程序间轨迹生成需要0h，总计需要0h，极大提高了处理效率。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明中进退刀点在零件毛坯包络尺寸内外碰撞情况示意图；
图3为本发明中典型零件磨抛加工仿真图。
具体实施方式
实施例1
作为本发明基本实施方式，本发明包括一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法，包括以下步骤：
步骤一.以工件坐标系为基准，沿X/Y/Z方向以最小化原则建立工件毛坯包络体。
步骤二.获取毛坯上表面四个端点在工件坐标系XY平面上的投影坐标(X1，Y1)、(X2，Y2)、(Y3，Y3)、(X4，Y4)和坐标系XY平面到毛坯上表面距离H。
步骤三.将上述信息通过CAM自带的文本插入功能插入到结构树中，并随前置APT文件自动输出。
步骤四.基于程序中操作结束符对程序间不同操作进行划分。
步骤五.判断操作间前后两法矢向量夹角是否超过限定值，如果前后两法矢向量夹角过大，则代表上一操作的轨迹规划面和下一操作轨迹规划面之间角度差较大，即轨迹规划跨度较大，容易造成干涉碰撞，故若未超过限定值，则继续下一操作，直至结束。若超过限定值，则继续判断毛坯四个端点是否位于操作间前后两点连线同侧。位于同侧，则表示即便跨度较大，但在毛坯外侧进行变化，则认为轨迹不会和毛坯发生交叉，即不会产生干涉碰撞，故若位于同侧，则继续下一操作，直至结束，若不位于同侧，则进行操作间轨迹自动衔接处理，处理过后，继续下一操作，直至结束。
其中，已基于标识符号对程序进行多个操作划分，所述继续下一操作指继续进行下一个操作程序段的处理。
实施例2
作为本发明一较佳实施方式，本发明包括一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法，包括以下步骤：
步骤一.以工件坐标系为基准，沿X/Y/Z方向以最小化原则建立工件毛坯包络体。
步骤二.获取毛坯上表面四个端点在工件坐标系XY平面上的投影坐标(X1，Y1)、(X2，Y2)、(Y3，Y3)、(X4，Y4)和坐标系XY平面到毛坯上表面距离H。
步骤三.将上述信息通过CAM自带的文本插入功能插入到结构树中，并随前置APT文件自动输出。
步骤四.基于程序中操作结束符对程序间不同操作进行划分。
步骤五.判断操作间前后两法矢向量夹角是否超过限定值，若未超过限定值，则继续下一操作，直至结束；若超过限定值，则继续判断毛坯四个端点是否位于操作间前后两点连线同侧，若位于同侧，则继续下一操作，直至结束，若不位于同侧，则进行操作间轨迹自动衔接处理，处理过后，继续下一操作，直至结束。
其中，进行操作间轨迹自动衔接处理具体包括以下步骤：
步骤S1.设上一操作末尾对应的点位和法矢坐标分别为PA(XA，YA，ZA)和τA(IA，JA，KA)，插入避障点M(XA，YA，H+L)；在PA点保持法矢不变驱动TCP点运动到点M；其中，L为毛坯上表面为到虚拟安全平面的距离。
步骤S2.设下一操作开始对应的点位和法矢坐标分别为PB(XB，YB，ZB)和τB(IB，JB，KB)，插入避障点N(XB，YB，H+L)，驱动TCP点由点M运动到点N，后在点N处将法矢τA(IA，JA，KA)变化为τB(IB，JB，KB)，即变化摆角角度。
步骤S3.驱动TCP点由点N运动到点PB，即完成操作间轨迹自动衔接。
实施例3
作为本发明最佳实施方式，本发明包括一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法，参照说明书附图1，包括以下步骤：
步骤一.以工件坐标系为基准，沿X/Y/Z方向以最小化原则建立工件毛坯包络体。所述毛坯包络体应为严格的长方体结构，且完全包裹住工件，工件外围最远点距离包络体边界面应有3mm安全余量。
步骤二.在CAM离线编程系统中获取毛坯上表面四个端点在工件坐标系XY平面上的投影坐标(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)、(X4，Y4)和坐标系XY平面到毛坯上表面距离H。
步骤三.将上述信息通过CAM自带的文本插入功能插入到结构树中，并随前置APT文件自动输出。
步骤四.基于程序中操作结束符对程序间不同操作进行划分，一般结束符中会存在END字符作为分割标识。
步骤五.判断操作间前后两法矢向量夹角是否超过限定值。若未超过限定值，则继续下一操作，直至结束；若超过限定值，则继续判断毛坯四个端点是否位于操作间前后两点连线同侧。
其中，操作前后两法矢向量夹角计算方法为：
θ＝arccos(ab/(|a|·|b|))，
其中a和b分别为操作前后两法矢向量。
而毛坯四个端点是否位于操作间前后两点连线同侧的判断方法为：
设前一操作末尾点位为PA(XA，YA，ZA)，对应最后退刀点；后一操作起始点位为PB(XB，YB，ZB)，对应开始进刀点。则两点连线形成的向量在工件坐标系XY平面上的投影向量为
毛坯上表面四个端点在工件坐标系XY平面上的投影坐标分别为(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)、(X4，Y4)，四个端点和工件坐标系原点P*(X*，Y*)在工件坐标系XY平面上的投影点形成的四个向量分别为
令如果符号相同，即均朝Z+或均朝下Z/，则表明毛坯四个端点位于操作间前后两点连线同侧；否则，表明毛坯四个端点不位于操作间前后两点连线同侧。
参照说明书附图2，位于同侧，则表示即便跨度较大，但在毛坯外侧进行变化，则认为轨迹不会和毛坯发生交叉，即不会产生干涉碰撞。故当判断出位于同侧，则继续下一操作，直至结束；若不位于同侧，则进行操作间轨迹自动衔接处理，处理过后，继续下一操作，直至结束。
其中，参照说明书附图3，进行操作间轨迹自动衔接处理具体包括以下步骤：
步骤S1.设上一操作末尾对应的点位和法矢坐标分别为PA(XA，YA，ZA)和τA(IA，JA，KA)，插入避障点M(XA，YA，H+L)；在PA点保持法矢不变驱动TCP点运动到点M。其中，L为毛坯上表面为到虚拟安全平面的距离，L值可根据实际情况进行适当调整，一般取值在50-100之间。
步骤S2.设下一操作开始对应的点位和法矢坐标分别为PB(XB，YB，ZB)和τB(IB，JB，KB)，插入避障点N(XB，YB，H+L)，驱动TCP点由点M运动到点N，后在点N处将法矢τA(IA，JA，KA)变化为τB(IB，JB，KB)，即变化摆角角度。
步骤S3.驱动TCP点由点N运动到点PB，即完成操作间轨迹自动衔接。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。

Claims (7)

1.一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一.以工件坐标系为基准，沿X/Y/Z方向以最小化原则建立工件毛坯包络体；
步骤二.获取毛坯上表面四个端点在工件坐标系XY平面上的投影坐标(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)、(X4，Y4)和坐标系XY平面到毛坯上表面距离H；
步骤三.将上述信息通过CAM自带的文本插入功能插入到结构树中，并随前置APT文件自动输出；
步骤四.基于程序中操作结束符对程序间不同操作进行划分；
步骤五.判断操作间前后两法矢向量夹角是否超过限定值，若未超过限定值，则继续下一操作，直至结束；若超过限定值，则继续判断毛坯四个端点是否位于操作间前后两点连线同侧，若位于同侧，则继续下一操作，直至结束，若不位于同侧，则进行操作间轨迹自动衔接处理，处理过后，继续下一操作，直至结束。
2.根据权利要求1所述的一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法，其特征在于：所述步骤五中的进行操作间轨迹自动衔接处理具体包括以下步骤：
步骤S1.设上一操作末尾对应的点位和法矢坐标分别为PA(XA，YA，ZA)和τA(IA，JA，KA)，插入避障点M(XA，YA，H+L)；在PA点保持法矢不变驱动TCP点运动到点M；其中，L为毛坯上表面为到虚拟安全平面的距离；
步骤S2.设下一操作开始对应的点位和法矢坐标分别为PB(XB，YB，ZB)和τB(IB，JB，KB)，插入避障点N(XB，YB，H+L)，驱动TCP点由点M运动到点N，后在点N处将法矢τA(IA，JA，KA)变化为τB(IB，JB，KB)，即变化摆角角度；
步骤S3.驱动TCP点由点N运动到点PB，即完成操作间轨迹自动衔接。
3.根据权利要求1所述的一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法，其特征在于：所述步骤一中，工件毛坯包络体为长方体结构，工件外围最远点距离包络体边界面有3mm安全余量。
4.根据权利要求1所述的一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法，其特征在于：所述步骤五中前后两法矢向量夹角的计算方法为：
θ＝arccos(ab/(|a|·|b|))，
其中，a和b分别为操作前后两法矢向量。
5.根据权利要求2所述的一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法，其特征在于：所述步骤五中，毛坯四个端点是否位于操作间前后两点连线同侧的判断方法为：
设前一操作末尾点位为PA(XA，YA，ZA)，对应最后退刀点；后一操作起始点位为PB(XB，YB，ZB)，对应开始进刀点；则两点连线形成的向量在工件坐标系XY平面上的投影向量为毛坯上表面四个端点在工件坐标系XY平面上的投影坐标分别为(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)、(X4，Y4)，四个端点和工件坐标系原点P*(X*，Y*)在工件坐标系XY平面上的投影点形成的四个向量分别为：/>
令如果/>符号相同，即均朝Z+或均朝下Z/，则表明毛坯四个端点位于操作间前后两点连线同侧；否则，表明毛坯四个端点不位于操作间前后两点连线同侧。
6.根据权利要求2所述的一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法，其特征在于：所述步骤二中，通过在CAM离线编程系统中获取毛坯上表面四个端点在工件坐标系XY平面上的投影坐标。
7.根据权利要求2所述的一种机器人磨抛加工中程序间轨迹自动衔接方法，其特征在于：所述步骤四中，结束符中存在END字符作为分割标识。
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CN117921708A (zh) * 2024-03-19 2024-04-26 中船黄埔文冲船舶有限公司 一种基于视觉引导的机器人打磨进退刀方法及装置

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