一种包含自动托架的机器人制孔仿真与离线编程方法技术

一种包含自动托架的机器人制孔仿真与离线编程方法，步骤有仿真环境初始化及壁板模型更新检查；制孔区域划分及点位自动生成；定位钉管理；加工干涉检查与制孔顺序优化；仿真视频输出及离线代码生成。自动托架和机器人制孔系统的联动控制，同时进行壁板位置和机器人加工路径确定，减少机器人和壁板位置坐标变换次数，提高仿真效率。基于DELMIA二次开发技术，集成CATIA与DELMIA仿真模块，将模型统一到PPR结构树下进行操作，实现自动生成Tag点位、机器人加工路径自动优化、干涉检查等功能，提高仿真效率和准确度。通过调节壁板姿态和位置，实现难加工位置的加工可达性，从而减少壁板重新定位误差，实现加工的一致性和连续性。

【技术实现步骤摘要】
一种包含自动托架的机器人制孔仿真与离线编程方法
本专利技术具体涉及一种含有自动托架的机器人制孔仿真与离线编程方法。用于实现飞机壁板自动化制孔过程中机器人与托架系统的协同运动、末端孔姿态规划、制孔序列仿真与优化以及离线代码的生成与检查，进而提高机器人制孔加工质量与加工效率，为实现高可靠性机器人自动制孔技术提供保障。
技术介绍
在飞机壁板自动制孔过程中离线编程技术与自动化设备是密不可分的。采用离线编程形式，可以在不依赖现实加工环境与硬件设备的情况下，完成对加工任务的规划并对结果进行仿真、修正，最终编译为加工设备任务代码。离线编程的应用极大地提高了自动化加工的安全性，减少加工设备的停机时间，大大提高了工厂的生产效率，给自动化生产带来了巨大的经济效益。目前，离线编程技术仅针对机器人运动仿真，在实际加工过程中，首先利用导轨和夹具将机器人或者壁板移动到固定位置，在利用离线编程控制机器人进行制孔操作。由于加工可达性限制，在整个壁板的制孔过程中，需要不断调整机器人或者壁板的位置，以实现难加工位置制孔操作，同时由于飞机多采用柔性壁板，在制孔过程中难免出现壁板加工变形的情况，这时仍然按照给定的程序进行制孔工艺就会产生制孔位置偏差和法向误差，严重影响制孔质量。专利CN103955168A就是一种基于DELMIA仿真的机器人制孔加工离线编程方法，该方法通过对孔进行分类，分别对不同孔类设定加工路径仿真及修正，并加载相应的切削工艺得到加工孔的最终加工程序。该方法侧重管理孔位信息、降低换刀次数、提高制孔效率，但只针对机器人进行离线仿真。专利CN105945942A介绍了一种机器人离线编程系统及方法，通过导入机器人、工装及加工产品数学模型，进行加工路径生成、机器人运动仿真和碰撞检测，最终得到机器人可执行文件。该专利只是描述了机器人离线编程的一般方法，适用于曲率较小的大型壁板。为了在加工小型较大曲率蒙皮壁板时，消除壁板或机器人移动误差，实现机器人全壁板加工可达性要求，本专利设计了具有两个自由度的自动托架和六自由度的机器人制孔系统，通过自动托架、机器人和上位机的联动控制实现小型大曲率蒙皮壁板自动制孔，快速实现机器人制孔最优姿态调整，同时满足壁板所有位置的加工要求，有效提高机器人制孔过程的加工效率和加工质量。
技术实现思路
为了解决现有机器人系统移动过程和重新定位误差以及离线编程过程复杂与可用性差等问题，本专利技术提供一种利用自动托架与机器人制孔系统联动控制，实现基于实际加工工艺的制孔点位自动拾取与定义、制孔顺序快速规划与仿真、路径干涉检查与优化、离线编程代码定制化开发与生成，切实指导机器人制孔过程的进行，显著减少机器人制孔点位规划时间、机器人执行代码验证时间，从而显著提高机器人制孔加工效率。本专利技术的目技术方案：一种包含自动托架的机器人制孔仿真与离线编程方法，该方法实现的主要步骤有：1)仿真环境初始化及壁板模型更新检查；2)制孔区域划分及点位自动生成；3)定位钉管理；4)加工干涉检查与制孔顺序优化；5)仿真视频输出及离线代码生成。步骤1)将自动托架、机器人子系统和末端执行器作为资源导入到DELMIA仿真环境中，将壁板作为产品导入，壁板模型导入仿真环境时，系统根据孔位工艺信息自动对壁板模型进行更新检查，并提示工艺人员产品更改信息。步骤2)工艺人员根据当前工艺的要求，对制孔区域进行划分，并依据换刀次数最少等原则确定制孔加工顺序，利用DELMIA二次开发技术实现批量制孔点位对应仿真操作过程的Tag点及TagGroup的自动生成。步骤3)工艺人员根据装配工艺配套信息，手动框选设计给出的定位点并根据经验适当补充工艺定位点，通过DELMIA开发实现TagGroup首尾定位钉自动定义及存储。步骤4)建立RobotTask，驱动机器人制孔仿真，考虑不同制孔分区及制孔顺序，进一步通过智能算法优化自动托架与机器人姿态，完成制孔仿真。步骤5)根据机器人的具体代码格式，开发对应于不同制孔机器人的后置处理源程序，最终形成包含仿真视频与机器人可执行代码的制孔过程配套文件，下发操作人员以指导实际制孔过程。本专利技术的有益效果：应用本专利技术提出的一种包含自动托架的机器人制孔仿真与离线编程方法，自动托架与机器人联动的自动化制孔过程实现效果如下：1)通过上位机进行自动托架和机器人制孔系统的联动控制，可以同时进行壁板位置和机器人加工路径确定，减少机器人和壁板位置坐标变换次数，提高仿真效率。2)基于DELMIA二次开发技术，集成CATIA与DELMIA仿真模块，将模型统一到PPR结构树下进行操作，实现自动生成Tag点位、机器人加工路径自动优化、干涉检查等功能，提高仿真效率和准确度。3)通过调节壁板姿态和升降壁板位置，可以实现大曲率壁板底部等难加工位置的加工可达性，从而减少壁板重新定位误差，实现加工的一致性和连续性。附图说明图1是自动托架和机器人系统线框图。图中：1底座；2立柱；3制孔末端；4自动托架；5制孔机器人；6控制台及配电系统。具体实施方式以下结合附图和技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。本专利技术是建立在具备飞机产品零件制造、机体装配等过程的管理系统MBPP上，实现与装配工艺过程关联的带托架机器人制孔系统(如附图1所示)自动化加工仿真与离线编程的一种方法。下面结合附图对本专利技术的实施进行详细的说明，本实施例是在以专利技术技术方案为前提下进行实施的，给出了专利技术的详细实施方式和具体的实现过程，但本专利技术的保护范围不限于下述实施实例。步骤1)仿真环境初始化及壁板模型更新检查。基于MBPP平台选择具体的机器人制孔工艺过程，系统调用工艺配套文件，工艺文件以xml格式存储。系统自动进入当前对应的制孔工步环境(即进入一份包含机器人、工装及工件的DELMIA环境下的PPR文件)，并将工艺文件作为配套信息呈树状结构形式存储于上述PPR文件下的配套信息节点，完成仿真环境初始化。在系统调用壁板仿真模型文件时，自动检查模型孔位更新情况，并提示工艺人员更新信息。模型更新检查涉及到新旧壁板模型的对比，其中，旧版模型制孔点及定位点编号a1、a2……an在上次模型更改时由系统自动提取并以txt格式存储于系统指定位置，载入环境时系统自动提取新版模型制孔点及定位点编号b1、b2……bn，并将两者作对比，识别新增点位、删除点位等信息。步骤2)制孔区域划分及点位自动生成。根据步骤1)得到的PPR仿真环境下的工艺文件配套信息，确定当前制孔过程的工艺要求、设计关重要素、定位参考点等信息，为后续分区及路径规划做准备。壁板产品制孔分区决定着后续制孔工艺的效率与精度，本专利技术基于工艺考量及设备可达性要求，按照如下规则进行制孔区域的自动划分及对应制孔区域的Tag点、TagGroup自动生成：规则1(按照设计下发工艺要求划分)设本次制孔工序壁板模型为M1，壁板制孔后要保证孔位锪窝深度、孔径精度、设计定位点位置保证等因素，因此制孔区域划分时要优先考虑对于设计要求的保证，必须以设计定位点为起始进行分区，并考虑合适的工艺参数以达到设计的制孔要求。规则2(按照一次加工换刀次数最少划分)设M1壁板上本步工艺要求制取孔直径大小分别为d1、d2、d3，制孔数量分别为n1、n2、n3，在规则1的前提下将工艺人员选择壁板区域内相同孔径点位进行自动识别与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含自动托架的机器人制孔仿真与离线编程方法，其特征在于，步骤如下：步骤1)仿真环境初始化及壁板仿真模型更新检查基于MBPP平台选择机器人制孔工艺过程，调用工艺文件，工艺文件以xml格式存储；将工艺文件作为配套信息呈树状结构形式存储于工件的DELMIA环境下的PPR文件下的配套信息节点，完成仿真环境初始化；在系统调用壁板仿真模型文件时，自动检查模型孔位更新情况，并提示工艺人员更新信息；模型更新检查涉及到新旧壁板模型的对比，其中，旧版模型制孔点及定位点编号a1、a2……an在模型更改时由系统自动提取并以txt格式存储于系统指定位置，载入环境时系统自动提取新版模型制孔点及定位点编号b1、b2……bn，并将两者作对比，识别新增点位和删除点位；步骤2)制孔区域划分及点位自动生成根据步骤1)得到的DELMIA环境下的工艺文件配套信息，确定当前制孔过程的工艺要求、设计关重要素、定位参考点，为后续分区及路径规划做准备；基于工艺考量及设备可达性要求，按照如下规则进行制孔区域的自动划分及对应制孔区域的Tag点、TagGroup自动生成：规则1、按照设计下发工艺要求划分：设本次制孔工序壁板仿真模型为M1，壁板制孔后要保证孔位锪窝深度、孔径精度、设计定位点位置，制孔区域划分时优先考虑对于设计要求的保证，必须以设计定位点为起始进行分区，并考虑合适的工艺参数以达到设计的制孔要求；规则2、按照一次加工换刀次数最少划分：设M1壁板上本步工艺要求制取孔直径大小分别为d1、d2、d3，制孔数量分别为n1、n2、n3，在规则1的前提下将工艺人员选择壁板区域内相同孔径点位进行自动识别与处理，并生成与之对应的制孔Tag点及TagGroup；规则3、按照加工姿态最优及托架工位最少划分：设在机器人、自动托架组成的机器人制孔系统中，自动托架有s1、s2、s3三个位置刚度与强度最好，且对应三个位置机器人完成对制孔区域的全覆盖；系统优先判断在s1、s2、s3三个位置时，M1壁板上孔位是否全部制完，再分析采用某两个位置时能否制完，最后考虑采用特定位置的情况；步骤3)定位钉管理在经过步骤2)之后，M1壁板上的制孔点位已经划分成对应于不同TagGroup的区域p1、p2……pm，区域p1、p2……pm的首尾Tag点分别作为默认定位点存在；工艺人员根据壁板的结构要求及工艺分离面调整默认定位点，保证设计、当前制孔工步的工艺要求并保证加工效率；步骤4)加工干涉检查与制孔顺序优化在经过步骤3)以后，建立对应于机器人制孔任务的命令RobotTask‑1、RobotTask‑2……RobotTask‑m，其中机器人任务命令与制孔区域划分数量一致，驱动机器人执行RobotTask，在执行过程中系统随时判断机器人Rob‑1、制孔末端Drill‑1、工装夹具Fix、工件M1之间的干涉情况；初始制孔顺序与RobotTask的建立顺序一致，即制孔顺序为分别执行RobotTask‑1、RobotTask‑2……RobotTask‑m这m个机器人任务，而制孔顺序优化主要是以不同的RobotTask作为基本单元，基于以下规则对不同的RobTask的加工顺序进行优化以得到最优解：规则1、按照设计关键定位点进行划分：设计中的关键定位点是决定壁板加工精度的重要因素，在加工过程中需要优先保证；系统自动提取制孔点位中具有GJ标注的孔位并高亮显示，为后续制孔顺序优化提供参考；规则2、按照换刀次数最少进行规划：换刀次数是影响自动化制孔加工过程的主要因素，每次换刀前后机器人系统需要回到换刀姿态、到达试刀姿态、重新标定进行视觉系统、标定刀具系统、回到工作区域，因此换刀次数en最小是优化的主要指标；首先将制孔顺序按照统一直径进行划分，假设本次制孔工艺存在d1、d2、d3共3种直径孔，即将m个RobotTask划分成个d1直径孔径、个d2直径孔径、个d3直径孔径，m1+m2+m3＝m，达到按孔径划分的制孔孔位分类；规则3、按照同一工位优先加工进行规划：制孔工位转换是影响自动化制孔加工效率的又一重要因素，自动托架系统每转换一次工位，机器人系统便需要执行回零操作避免发生不必要的碰撞；系统按规则1、2执行后，在前述步骤2)的前提下，分别在自动托架处于s1、s2、s3三个位置时进行d1、d2、d3共3种孔径的仿真模型驱动，系统分别记录仿真过程中的时间t1、t2、t3，记录仿真过程中无法达到的制孔点孔位编号c1、c2……cs，记录制孔过程中制孔碰撞点位h1、h2……hs；当s/m＝10％时，工艺人员应采用两种姿态进行模拟，当h集中出现在s1、s2、s3其中某一种位置时，考虑采用两种姿态进行模拟；当两种姿态仍然不能满足上述条件时，考虑三种姿态进行模拟；步骤5)仿真视频输出及离线代码生成在经过步骤4)的制孔顺序优化后，驱动仿真过程并生成仿...

【技术特征摘要】
1.一种包含自动托架的机器人制孔仿真与离线编程方法，其特征在于，步骤如下：步骤1)仿真环境初始化及壁板仿真模型更新检查基于MBPP平台选择机器人制孔工艺过程，调用工艺文件，工艺文件以xml格式存储；将工艺文件作为配套信息呈树状结构形式存储于工件的DELMIA环境下的PPR文件下的配套信息节点，完成仿真环境初始化；在系统调用壁板仿真模型文件时，自动检查模型孔位更新情况，并提示工艺人员更新信息；模型更新检查涉及到新旧壁板模型的对比，其中，旧版模型制孔点及定位点编号a1、a2……an在模型更改时由系统自动提取并以txt格式存储于系统指定位置，载入环境时系统自动提取新版模型制孔点及定位点编号b1、b2……bn，并将两者作对比，识别新增点位和删除点位；步骤2)制孔区域划分及点位自动生成根据步骤1)得到的DELMIA环境下的工艺文件配套信息，确定当前制孔过程的工艺要求、设计关重要素、定位参考点，为后续分区及路径规划做准备；基于工艺考量及设备可达性要求，按照如下规则进行制孔区域的自动划分及对应制孔区域的Tag点、TagGroup自动生成：规则1、按照设计下发工艺要求划分：设本次制孔工序壁板仿真模型为M1，壁板制孔后要保证孔位锪窝深度、孔径精度、设计定位点位置，制孔区域划分时优先考虑对于设计要求的保证，必须以设计定位点为起始进行分区，并考虑合适的工艺参数以达到设计的制孔要求；规则2、按照一次加工换刀次数最少划分：设M1壁板上本步工艺要求制取孔直径大小分别为d1、d2、d3，制孔数量分别为n1、n2、n3，在规则1的前提下将工艺人员选择壁板区域内相同孔径点位进行自动识别与处理，并生成与之对应的制孔Tag点及TagGroup；规则3、按照加工姿态最优及托架工位最少划分：设在机器人、自动托架组成的机器人制孔系统中，自动托架有s1、s2、s3三个位置刚度与强度最好，且对应三个位置机器人完成对制孔区域的全覆盖；系统优先判断在s1、s2、s3三个位置时，M1壁板上孔位是否全部制完，再分析采用某两个位置时能否制完，最后考虑采用特定位置的情况；步骤3)定位钉管理在经过步骤2)之后，M1壁板上的制孔点位已经划分成对应于不同TagGroup的区域p1、p2……pm，区域p1、p2……pm的首尾Tag点分别作为默认定位点存在；工艺人员根据壁板的结构要求及工艺分离面调整默认定位点，保证设计、当前制孔工步的工艺要求并保证加工效率；步骤4)加工干涉检查与制孔顺序优化在经过步骤3)以后，建立对应于机器人制孔任务的命令RobotTask-...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洪杰，程辉，白继鹏，
申请(专利权)人：沈阳飞机工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21