[发明专利]一种开源切片路径规划机器人电弧增材制造方法

说明书

本发明公开一种开源切片路径规划机器人电弧增材制造方法，属于先进制造技术领域。本发明所述方法针对现有电弧增材制造系统基于减材制造G代码进行切片和路径规划的不足，使用开源切片和路径规划软件，实现三维模型的分层切片和增材制造路径规划，获得分层切片代码；然后通过自主编程，读取开源软件输出的分层切片和路径规划数据，通过坐标变换和代码编译，转换为机器人控制代码，实现复杂零件的电弧增材制造。

技术领域

本发明涉及一种开源切片路径规划机器人电弧增材制造方法，属于先进制造技术领域。

背景技术

电弧增材制造是一种以金属焊丝为材料，以电弧为热源，依据三维模型分层切片数据逐层熔化、凝固堆积制备成形件的增材制造方法；其成形制造的核心是在对三维模型分层切片基础上，合理规划焊枪运动路径，实现焊接参数的有效控制。

现有的机器人电弧增材方法通过改造数控加工G代码，将刀具进给轨迹改变为焊枪运动轨迹实现增材。但数控加工G代码为自上而下的铣削减材制造路径，与自下而上的增材制造过程完全相反，坐标反转后仍然给电弧增材制造路径规划与控制带来严重不便，其内部填充路径规划存在先天缺陷，限制了电弧增材系统的应用和发展。

而现有的零件分层切片和增材制造路径规划软件虽然克服了数控加工G代码的先天性缺陷，但都基于笛卡尔正交坐标系，其代码无法直接应用于机器人控制实现机器人运动轨迹控制和电弧增材。

发明内容

本发明的的目的在于提供一种开源切片路径规划机器人电弧增材制造方法，该方法首先使用开源软件实现零件三维模型的分层切片和增材制造路径规划，并输出txt格式代码；然后通过自主编程，在读取识别输出的分层切片和路径规划数据基础上，进行坐标转化和编译，并输入到工业机器人和弧焊电源控制器，实现机器人增材制造路径控制、机器人运动参数和焊接参数设置，完成零件的电弧增材制造，具体包括以下步骤：

（1）开源切片与路径规划：零件三维模型使用开源切片软件Cura进行切片和路径规划，最终获得二维3D打印的离散切片和路径规划数据，并输出txt格式的代码；这一代码无法直接被工业机器人使用，需要进行坐标转换和编译。

（2）坐标拾取与数据链生成和代码编译：使用文本挖掘编程实现开源切片软件输出的离散切片和路径规划数据txt文件的读取，拾取二维坐标点，在原始数据为二维坐标点的基础上，通过设置Z轴，将坐标点扩展至三维；三维坐标点依次排列，制成双向循环链表，获得机器人能够识别的增材制造路径代码，最终实现坐标转换及机器人控制代码编译。

（3）将编译后的代码输入工业机器人和弧焊电源控制器，实现工业机器人运动轨迹、运动参数和焊接参数的控制。

本发明步骤（2）所述坐标拾取与数据链生成和代码编译的具体过程为：

当当前层数≤设定的总层数，进入当前层入口，设置起弧命令，拾取二维坐标点，在原始数据为二维坐标点的基础上，通过设置Z轴，将坐标点扩展至三维，三维坐标点依次排列，制成双向循环链表，获得机器人能够识别的增材制造路径代码和工艺参数，设置熄弧命令，写入Rapid代码，进入下一层，不断重复该过程；

当当前层数＞设定的总层数时关闭并保存写入的文件，导入机器人控制器，控制机器人运动与焊机运行。

本发明所述工业机器人提供通过手动模式、自动模式和手动+自动模式设置，为电弧增材制造过程操作和工艺优化提供方便；其中，手动模式实现输入部分软件参数的堆积成形，堆积一层结束后工业机器人停止运行并回到安全位置，用于成形件当前层的质量评价和焊枪位置优化。收到触发指令后可以进行下一层电弧成形；自动模式是在软件设置完整参数后，直接读取路径代码并启动电弧增材过程，直至打印结束；手动+自动混合模式可以在完整参数条件下待一层堆积结束后暂停运行，收到触发指令后继续进行电弧增材过程直至结束当前层打印。

本发明的有益效果：