[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于数控刀位文件的机器人末端轨迹规划方法，尤其针对机器人轨迹规划中末端执行器空间位置和姿态的准确控制。

技术背景

工业机器人作为现代智能制造业的重要装备，其技术水平代表了一个国家制造业的发展水平。虽然利用刀位文件在五轴机床实现零件的加工已得到广泛应用，但对于工业机器人来说还相对滞后，国内的研究水平与国外还有较大差距，而传统示教方法无法对机器人末端执行器姿态进行准确控制，这就加大了空间曲面加工中机器人末端姿态控制的难度。一般来说机器人不接受基于CAM软件的刀位文件，要想实现工业机器人的加工，必须要寻求一种从刀位文件到机器人轨迹规划的转换方式，来提高机器人轨迹规划效率，扩大机器人应用领域。

对基于数控刀位文件的机器人末端轨迹规划方法，文献《基于CAM的机器人抛光轨迹规划》（韩光超,孙明,张海鸥,等. 基于CAM的机器人抛光轨迹规划[J].华中科技大学学报（自然科学版）,2008,36(5):60-62.）利用UG CAM软件中的多轴铣加工功能模块获得型腔表面信息，然后采用辅助区域驱动法在复杂型腔表面映射生成连续的多轴数控加工轨迹，然后根据抛光工艺要求调节工艺参数，并将多轴数控加工轨迹转化成机器人抛光轨迹。该方法最大的限制在于所加工曲面的CAD模型必须按行和列有序地排列，相邻曲面必须共享同一条边缘，不利于普遍应用。文献《数控加工机器人后置处理的研究及软件实现》（陈胜奋,谢明红. 数控加工机器人后置处理的研究及软件实现[J].机床与液压,2015,43(3):29-33.）以pro/E软件生成的刀位文件，提取其刀位信息，通过坐标系的转换推导出机器人坐标系下的末端位置，在机器人末端执行器空间姿态上，固定第六轴的转动，利用G代码中的偏转角来确定机器人末端执行器的空间姿态并去除冗余自由度，该方法将五轴数控加工的刀位文件和G代码结合来实现机器人末端执行器空间位姿的确定，利用数控刀位文件对无法同时对机器人末端执行器位置和姿态的控制，与本发明所述用数控刀位文件一次性得到机器人末端执行器位置和姿态相比转换过程较为繁琐，编程也不易实现。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于数控刀位文件的机器人末端轨迹规划方法，该方法可实现由数控刀位文件同时对机器人末端执行器位置和姿态进行准确控制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于数控刀位文件的机器人末端轨迹规划方法，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。

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；