一种用于移动式混联机器人切削的离线轨迹规划系统技术方案

技术编号:20376935 阅读:26 留言:0更新日期:2019-02-19 21:38
本发明专利技术一种用于移动式混联机器人切削的离线轨迹规划系统,包括铣削路径规划子系统、机构运动学定义子系统、移动机器人轨迹规划子系统和移动机器人仿真子系统;铣削路径规划子系统对被加工工件的铣削加工进行路径设计,将路径设计结果发送给移动机器人轨迹规划子系统;机构运动学定义子系统建立运动学三维模型,完成机构正运动学关系和逆运动学关系的计算;移动机器人轨迹规划子系统通过对输入的刀位文件进行解析,设计优化出移动式混联机器人相对大型工件的站位,生成机器人本体轨迹与输出移动式混联机器人控制系统能够执行的数控程序;移动机器人仿真子系统判定生成的数控程序是否与刀位文件保持一致,并判定生成的数控程序是否安全正确。

An Off-line Trajectory Planning System for Mobile Hybrid Robot Cutting

The invention provides an off-line trajectory planning system for mobile hybrid robot cutting, which includes a milling path planning subsystem, a mechanism kinematics definition subsystem, a mobile robot trajectory planning subsystem and a mobile robot simulation subsystem. The milling path planning subsystem designs the milling process of the processed workpiece and sends the result of the path design to the mobile robot. Trajectory planning subsystem; mechanism kinematics definition subsystem establishes three-dimensional kinematics model, completes the calculation of forward and inverse kinematics relationship of mechanism; mobile robot trajectory planning subsystem designs and optimizes the position of mobile hybrid robot relative to large workpiece by analyzing the input cutter location file, and generates the robot body trajectory and output mobile hybrid. The NC program that the robot control system can execute; the mobile robot simulation subsystem decides whether the generated NC program is consistent with the cutter location file and whether the generated NC program is safe and correct.

【技术实现步骤摘要】
一种用于移动式混联机器人切削的离线轨迹规划系统
本专利技术涉及移动式混联机器人切削加工的一种离线轨迹规划系统,涉及移动式混联机器人数控加工领域,该方法用于移动式混联机器人加工大型工件的轨迹规划,可有效提高这种移动式混联机器人数控加工的自动化水平和加工效率。
技术介绍
随着我国在重大结构件制造领域的需求增加,其高精度、高柔性的制造特点对加工装备提出了新的挑战。如直径大于3米、长度大于10米的大型密封舱结构,为保证其功能和精度满足设计指标要求,需整体进行加工,现有机床难以满足加工范围的要求,大型构件的高效高精度制造成为制约我国高端制造业发展的主要瓶颈。移动式混联加工机器人由全向移动平台、混联加工机器人两个主要部分组成。全向移动平台能够在地面上,托举上面的混联加工机器人围绕工件做平移和旋转运动。混联加工机器人则实现末端铣刀5自由度运动,实现5自由度加工的功能。基于移动式加工机器人的制造模式为实现大型构件的整体加工提供了新的思路。世界各国都有大量科研机构开展了将移动机器人用于大型构件的原位制造研究。在机器人高端制造领域,机器人离线轨迹规划系统是当前机器人研究领域最活跃的方向之一。目前来看,机器人轨迹规划系统主要针对串联机器人,专利《基于刀位源文件的工业机器人离线编程方法》CN105619407A提出了一种直接将待加工对象的刀位源文件直接转化成机器人控制代码的方法,一定程度解决了加工轨迹的易用性问题。《机器人离线编程方法以及使用的装置》CN108139730A针对机器人路径上多目标的可达性问题,基于机器人逆运动学提出了解决方案,并能通过机器人三维模型进行实时调整。《基于三维建模软件实现工业机器人离线编程的方法》CN103085072B基于三维建模软件建立虚拟机器人本体和控制系统,生成机器人运行轨迹,模拟机器人运行,产生机器人加工程序。由此可知,机器人离线轨迹规划系统的研究主要包括机器人轨迹的处理、机器人路径规划、可达性分析、机器人运动可视化等。但上述专利仅仅针对固定式的串联机器人,无论是机器人的定位精度还是工作范围都无法满足高端制造业的需求。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种用于移动式混联机器人切削的离线轨迹规划系统,该方法用于移动式混联机器人加工大型工件的离线轨迹规划,可有效提高这种移动式混联机器人数控加工的自动化水平和加工效率。本专利技术的技术方案是:一种用于移动式混联机器人切削的离线轨迹规划系统,包括铣削路径规划子系统、机构运动学定义子系统、移动机器人轨迹规划子系统和移动机器人仿真子系统;所述铣削路径规划子系统对被加工工件的铣削加工进行路径设计,将路径设计结果生成刀位文件发送给移动机器人轨迹规划子系统;所述机构运动学定义子系统建立移动式混联机器人的机构运动学三维模型,完成机构正运动学关系和逆运动学关系的计算;所述移动机器人轨迹规划子系统通过对输入的刀位文件进行解析,设计优化出移动式混联机器人相对大型工件的站位,生成机器人本体轨迹与输出移动式混联机器人控制系统能够执行的数控程序;移动机器人仿真子系统判定生成的数控程序是否与刀位文件保持一致,并判定生成的数控程序是否安全正确。所述铣削路径规划子系统包括坐标系管理模块、刀具管理模块、操作编制模块;坐标系管理模块生成工件坐标系相对世界坐标系的坐标变换关系,作为刀位文件的第一个组成部分;刀具管理模块生成圆柱形铣刀的直径和长度,作为刀位文件的第二个组成部分;操作编程模块生成相对第一个坐标点所建立的工件坐标系下,顺次连接在该工件坐标系下的所有轨迹点;这些轨迹点之间均采用直线连接,并按照刀具运动到达先后顺序顺次生成点位,作为刀位文件的第三个组成部分,上述三个部分合并组成文件发送给移动机器人轨迹规划子系统。所述机构运动学定义子系统包括机构运动学模型建立模块、机构正运动学计算模块、机构逆运动学计算模块;所述机构运动学模型建立模块作为机构正运动学计算模块、机构逆运动学计算模块的计算基础模块,建立机构运动学三维模型;所述机构正运动学计算模块实现机构正运动学关系计算;所述机构逆运动学计算模块实现机构正运动学关系计算。所述的机构运动学模型建立模块通过导入移动式混联机器人的三维模型,并定义全向移动平台和混联机器人上所有运动副的平移或旋转关系,以及所有运动副的运动范围,包括平移运动副定义运动的最长距离,旋转运动副定义旋转的最大角度范围。所述机构正运动学计算模块通过输入各运动副的移动距离和旋转角度,利用机构运动学模型建立模块建立的运动学模型,通过DH方法获得移动式混联机器人铣削刀具中心点的坐标值和刀具的位姿。所述机构逆运动学计算模块通过输入移动式混联机器人铣削刀具中心点的坐标值和刀具的位姿,利用机构运动学模型建立模块建立的运动学模型,通过DH方法获得各运动副的移动距离和旋转角度。所述移动机器人轨迹规划子系统包括移动平台站位优化模块、机器人本体轨迹编辑模块和指令后置处理模块;所述移动平台站位优化模块设计优化移动式混联机器人相对大型工件的站位;所述机器人本体轨迹编辑模块实现混联机器人各机构关节的运动轨迹生成;所述指令后置处理模块将每个全向移动平台站位点对应的混联加工机器人铣刀中心点和刀轴相对工件坐标系的姿态转换为混联机械臂路径控制指令,循环此过程,生成沿平台所有目标站位点对应的混联机械臂路径控制指令,全向智能移动平台和混联机械臂模块相互配合时序,加入启动和暂停控制指令,组成全过程可执行程序,加载至混联机械臂模块;将全向智能移动平台路径信息转换为平台路径控制指令,全向智能移动平台和混联机械臂模块相互配合时序,加入启动和暂停控制指令,组成全过程可执行程序,加载至全向智能移动平台;指令后置处理模块将该运动轨迹传递给移动机器人仿真子系统进行仿真,确认运动轨迹是否安全、正确;并将正确的数控程序指令文件作为最终的输出结果被移动式混联机器人控制系统执行。所述移动平台站位优化模块通过模块设定围绕加工工件范围内的一个搜索平面,该平面上的任意一点与移动式混联机器人全向移动平台的中心点重合,通过机构正运动学计算模块计算得到当全向移动平台中心在该点时,混联机器人铣刀所运动到最大包络空间,当该空间能够包络操作编程模块生成刀位文件中在同一工件坐标系下的所有轨迹点时,定义该点为优化得到全向移动平台的站位;若该空间不能够包络操作编程模块生成刀位文件中在同一工件坐标系下的所有轨迹点,则采用格点优化的方法按照指定的步长继续搜索,直到满足为止;若无法满足则对刀位文件中的点位信息进行分割,剔除刀位文件中超出混联机械臂最大包络空间的轨迹点进行重新搜索,直到满足条件为止;被剔除的轨迹点则重新按照上述格点优化的方式找到另一个优化站位;移动式混联机器人将分别在优化后的站位下由机器人本体轨迹编辑模块规划全向移动平台在该站位下的运动轨迹。所述机器人本体轨迹编辑模块在满足优化得到的站位条件下的刀位文件中的点位信息,调用机构逆运动学计算模块求解在各点位下各运动副的移动距离和旋转角度,如果存在多解,则取与上一个点位计算得到的各运动副的移动距离和旋转角度差值最小的一组,使得刀具运动速度不变的条件下,混联机构中各关节运动速度变化值最小;该模块允许插入新的刀位避让点,以实现移动机器人仿真子系统检查存在运动干涉情况时,避免本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于移动式混联机器人切削的离线轨迹规划系统,其特征在于:包括铣削路径规划子系统、机构运动学定义子系统、移动机器人轨迹规划子系统和移动机器人仿真子系统;所述铣削路径规划子系统对被加工工件的铣削加工进行路径设计,将路径设计结果生成刀位文件发送给移动机器人轨迹规划子系统;所述机构运动学定义子系统建立移动式混联机器人的机构运动学三维模型,完成机构正运动学关系和逆运动学关系的计算;所述移动机器人轨迹规划子系统通过对输入的刀位文件进行解析,设计优化出移动式混联机器人相对大型工件的站位,生成机器人本体轨迹与输出移动式混联机器人控制系统能够执行的数控程序;移动机器人仿真子系统判定生成的数控程序是否与刀位文件保持一致,并判定生成的数控程序是否安全正确。

【技术特征摘要】
1.一种用于移动式混联机器人切削的离线轨迹规划系统,其特征在于:包括铣削路径规划子系统、机构运动学定义子系统、移动机器人轨迹规划子系统和移动机器人仿真子系统;所述铣削路径规划子系统对被加工工件的铣削加工进行路径设计,将路径设计结果生成刀位文件发送给移动机器人轨迹规划子系统;所述机构运动学定义子系统建立移动式混联机器人的机构运动学三维模型,完成机构正运动学关系和逆运动学关系的计算;所述移动机器人轨迹规划子系统通过对输入的刀位文件进行解析,设计优化出移动式混联机器人相对大型工件的站位,生成机器人本体轨迹与输出移动式混联机器人控制系统能够执行的数控程序;移动机器人仿真子系统判定生成的数控程序是否与刀位文件保持一致,并判定生成的数控程序是否安全正确。2.根据权利要求1所述的一种用于移动式混联机器人切削的离线轨迹规划系统,其特征在于:所述铣削路径规划子系统包括坐标系管理模块、刀具管理模块、操作编制模块;坐标系管理模块生成工件坐标系相对世界坐标系的坐标变换关系,作为刀位文件的第一个组成部分;刀具管理模块生成圆柱形铣刀的直径和长度,作为刀位文件的第二个组成部分;操作编程模块生成相对第一个坐标点所建立的工件坐标系下,顺次连接在该工件坐标系下的所有轨迹点;这些轨迹点之间均采用直线连接,并按照刀具运动到达先后顺序顺次生成点位,作为刀位文件的第三个组成部分,上述三个部分合并组成文件发送给移动机器人轨迹规划子系统。3.根据权利要求1所述的一种用于移动式混联机器人切削的离线轨迹规划系统,其特征在于:所述机构运动学定义子系统包括机构运动学模型建立模块、机构正运动学计算模块、机构逆运动学计算模块;所述机构运动学模型建立模块作为机构正运动学计算模块、机构逆运动学计算模块的计算基础模块,建立机构运动学三维模型;所述机构正运动学计算模块实现机构正运动学关系计算;所述机构逆运动学计算模块实现机构正运动学关系计算。4.根据权利要求3所述的一种用于移动式混联机器人切削的离线轨迹规划系统,其特征在于:所述的机构运动学模型建立模块通过导入移动式混联机器人的三维模型,并定义全向移动平台和混联机器人上所有运动副的平移或旋转关系,以及所有运动副的运动范围,包括平移运动副定义运动的最长距离,旋转运动副定义旋转的最大角度范围。5.根据权利要求3所述的一种用于移动式混联机器人切削的离线轨迹规划系统,其特征在于:所述机构正运动学计算模块通过输入各运动副的移动距离和旋转角度,利用机构运动学模型建立模块建立的运动学模型,通过DH方法获得移动式混联机器人铣削刀具中心点的坐标值和刀具的位姿。6.根据权利要求3所述的一种用于移动式混联机器人切削的离线轨迹规划系统,其特征在于:所述机构逆运动学计算模块通过输入移动式混联机器人铣削刀具中心点的坐标值和刀具的位姿,利用机构运动学模型建立模块建立的运动学模型,通过DH方法获得各运动副的移动距离和旋转角度。7.根据权利要求1所述的一种用于移动式混联机器人切削的离线轨迹规划系统,其特征在于:所述移动机器人轨迹规划子系统包括移动平台站位优化模块、机器人本体轨迹编辑模块和指令后置处理模块;所述移动平台站位优化模块设计优化移动式混联机器人相对大型工件的站位;所述机器人本体轨迹编辑模块实现混联机器人各机构关节的运动轨迹生成;所述指令后置处理模块将每个全向移动平台站位点对应的混联加工机器人铣刀中心点和刀轴相对工件坐标系的姿态转换为混联机械臂路径控制指令,循环此过程,生成...

【专利技术属性】
技术研发人员:张加波赵长喜乐毅杨继之刘海涛周莹皓文科
申请(专利权)人:北京卫星制造厂有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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