[发明专利]一种基于数控刀位文件的机器人末端轨迹规划方法

权利要求书

1.一种基于数控刀位文件的机器人末端轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）机器人基坐标系下末端执行器位姿的计算；

步骤2）根据机器人结构参数对其逆运动学分析，建立逆运动学模型；

步骤3）基于逆运动学模型计算关节角；

步骤4）利用关节角输出机器人末端轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种基于数控刀位文件的机器人末端轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤1中，机器人基坐标系下末端执行器位姿的计算，包括以下步骤：

1）提取数控加工刀位文件信息，利用刀位文件中同一条加工轨迹上相邻两个坐标点，计算机器人在工件坐标系下的末端执行器位姿A；

提取基于UG的数控刀位文件，其格式为GOTO//x_r,y_r,z_r,i_r,j_r,k_r，根据刀位文件信息中的空间位置在x方向分量x_r、y方向分量y_r、z方向分量z_r，空间姿态在x方向分量i_r、y方向分量j_r、z方向分量k_r，可直接得到刀轴向量N和末端位置向量P：

N=(n_x,n_y,n_z)=(i_r, j_r,k_r) (1)

P=(l_x,l_y,l_z)=(x_r,y_r,z_r)(2)

其中，(n_x,n_y,n_z)分别是刀轴向量N在x、y、z方向的分量，(l_x,l_y,l_z)分别是末端位置向量P在x、y、z方向上的分量；

假设数控刀位文件中同一条加工轨迹上第一点的坐标为(x_r，y_r，z_r)，第二点的坐标为(x_r+1，y_r+1，z_r+1)，将N平移到以(x_r，y_r，z_r)为起点的位置，相对应的坐标值分别加上(x_r，y_r，z_r)的坐标值，过点(x_r，y_r，z_r)作与向量(x_r-i_r，y_r-j_r，z_r-k_r)垂直的平面S，过空间点(x_r+1，y_r+1)作平行于z轴的直线L，直线L与平面S的交于点w，向量(x_r-i_r，y_r-j_r，z_r-k_r)与向量(x_r-x_r+1，y_r-y_r+1，z_r-z)相互垂直，相乘为0，可求得通过点(x_r+1，y_r+1)的z方向的值g，将向量（x_r+1-x_r， y_r+1-y_r， g-z_r）简化为单位向量，可求得切向向量T：

g=(((x_r+1-x_r)i_r+(y_r+1-y_r)j_r)/-k_r)+z_r,(3)

o_x= (x_r+1-x_r)/),

o_y=(y_r+1-y_r)/ ),

o_z=(z_r+1-z_r)/ ),

T=(o_x,o_y,o_z)(4)

其中，(o_x,o_y,o_z)分别是切向向量T在x、y、z方向的分量；

法向向量N和切向向量T叉乘可得到副法向向量B：

B=N×T=(a_x,a_y,a_z) (5)

其中，(a_x, a_y, a_z)分别是副法向向量B在x、y、z方向的分量；

由刀轴向量N、切向向量T、副法向向量B和末端位置向量P可求得在工件坐标系下的机器人末端位置姿态A：

A=[n_x o_x a_xl_x;n_y o_y a_yl_y;n_z o_z a_zl_z;0 0 0 1](6)

2）对工件坐标系进行标定，将工件坐标系下的末端位姿转换为机器人基坐标系下的末端位姿，主要包括以下内容：

对工件坐标系进行标定，规定工件坐标系的空间姿态与机器人基坐标系空间姿态一致，在机器人工作空间范围内只需对工件坐标系的空间位置进行标定，假设工件坐标系的标定值为（h_x,h_y,h_z），通过相应的坐标变换就可得到在机器人基坐标系下的末端位姿U：

U=[n_x o_x a_x p_x;n_y o_y a_y p_y;n_z o_z a_z p_z;0 0 0 1]

其中（p_x,p_y,p_z）为机器人基坐标系下的末端位置在x、y、z方向的分量，p_x=l_x+h_x，p_y=l_y+h_y，p_z=l_z+h_z。