一种用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法技术

本发明专利技术公开了一种用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法，包括步骤：1）机器人运动路径生成的步骤，即将工件的打磨路径转化为机器人运动路径；2）机器人运动路径的避碰调整的步骤，即通过改变机器人打磨时运动路径上的各刀触点的位姿从而令机器人避免在加工过程中发生碰撞。本发明专利技术具有灵活实用的特点，将三维问题简化为碰撞图层中的可靠区域寻找优化曲线的二维问题，能有效地避免机器人在砂带打磨工件过程中发生碰撞，同时还能保证打磨精度和效率。

A method of moving collision avoidance adjustment for grinding of robot sand belt

The invention discloses a method for adjusting the motion path of collision avoidance, abrasive belt grinding robot comprises the following steps: 1) generate the motion path of the robot is the workpiece grinding step, the path into the robot path; 2) motion path of the robot obstacle avoidance adjustment steps, namely the pose change the cutter contact grinding track robot the resulting robot to avoid collision in the process. The invention has the characteristics of flexibility and practicality, simplifies the three-dimensional problem into a reliable area in the collision layer, and seeks for the two-dimensional problem of the optimization curve. It can effectively avoid collision between the robot in grinding the workpiece and ensure the accuracy and efficiency of grinding.

【技术实现步骤摘要】
一种用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法
本专利技术涉及了一种用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法，包括机器人运动路径生成方法与机器人运动路径的避碰调整方法，与作为执行装置的机器人与砂带机组成一个机器人砂带打磨系统。
技术介绍
机器人砂带打磨能克服手工砂带打磨精度差、效率低的缺点，所以现已广泛地应用于工业生产。随着工件形状的日益复杂，机器人砂带打磨过程中很容易发生诸如工件与刀具、机器人与刀具的碰撞，所以研究用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法就很有必要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法，包括机器人运动路径生成方法与机器人运动路径的避碰调整方法。其中机器人运动路径生成方法解决了将工件打磨路径转化为机器人运动路径的问题，机器人运动路径的避碰调整的方法解决了机器人打磨过程中可能发生碰撞的问题。本专利技术具有灵活实用的特点，能有效地避免机器人在砂带打磨工件过程中发生碰撞。本专利技术的目的通过下述技术方案来实现：一种用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法，包括步骤：1)机器人运动路径生成的步骤，即将工件的打磨路径转化为机器人运动路径；2)机器人运动路径的避碰调整的步骤，即通过改变机器人打磨时运动路径上的各刀触点的位姿从而令机器人避免在加工过程中发生碰撞。进一步地，步骤1)中将工件的打磨路径转化为机器人运动路径的步骤具体为将打磨路径上的各刀触点映射到机器人运动路径上对应的路径点的位姿。进一步地，所述将打磨路径上的各刀触点映射到机器人运动路径上对应的路径点的位姿的步骤具体包括：11)为工件打磨路径上的每个刀触点添加坐标系，其轴与该点在工件表面处的单位外法向量相同；12)确定所有刀触点坐标系{M}的相对于工具坐标系{Tool}的位姿13)确定机器人工具坐标系{Tool}相对于基坐标系的位姿14)在砂带上的某点处定义一个加工坐标系{M′}，其位姿用机器人的基坐标系{B}来描述，即当打磨路径上的刀触点坐标系{M}与{M′}重合时，即表示砂带加工到该刀触点；15)计算机器人工具坐标系{Tool}相对于基坐标系{B}的位姿16)根据机器人逆运动学解算法与即可求得机器人运动路径上各点的关节空间位姿θ＝[θ1θ2θ3θ4θ5θ6]。进一步地，步骤12)中，因采用机器人末端夹持工件的打磨方式，令机器人末端的工具坐标系{Tool}与工件坐标系{O}重合，则路径上的所有刀触点坐标系{M}均可以用{Tool}来描述位姿进一步地，所述步骤15)具体包括：由{M}＝{M′}得：故：其中：进一步地，所述的步骤2)中改变机器人运动路径上的点的位姿的步骤是通过调整刀触点所对应的的值，进而改变避开产生碰撞的关节位姿，实现机器人运动路径无碰撞优化，具体包括步骤：21)调整加工坐标系{M′}相对于机器人基坐标系{B}的位姿包括沿接触轮转轴方向的平移调整和绕切线方向的旋转调整；22)整合加工坐标系{M′}平移调整和旋转调整；23)基于机器人砂带打磨仿真，建立碰撞图层；24)在碰撞图层中求得依次经过所有刀触点的优化曲线，用该优化曲线来计算机器人运动路径上各点的位姿，即可实现机器人运动路径的避碰调整。进一步地，所述沿接触轮转轴方向的平移调整具体包括步骤：201)当机器人打磨到工件上某个刀触点前，先将初始加工坐标系{Mo′}沿接触轮的轴向平移距离a得到新的加工坐标系{M′}，接触轮的半径为R，砂带的宽度为W，则a的取值范围为[-W/2,W/2]；202)求得初始加工坐标系{Mo′}、新的加工坐标系{M′}相对于机器人基坐标系{B}的位姿分别为则有：其中，为新的加工坐标系{M′}相对于初始加工坐标系{Mo′}的位姿；203)计算的值：当{Mo′}的X轴与接触轮的轴线平行时，则有：当{Mo′}的Y轴与接触轮的轴线平行时，则有：进一步地，所述绕切线方向的旋转调整具体包括步骤：211)当由初始加工坐标系{Mo′}轴向平移到砂带边缘，得到坐标系{Me′}，用砂带边缘加工打磨路径上的某刀触点前，将加工坐标系{M′}绕砂带在点Me′处的切线旋转α角度得新的加工坐标系{M′}，α最大角度为A，最小的旋转角度为0；212)求新的加工坐标系{M′}相对于初始加工坐标系{Mo′}的位姿矩阵当{Me′}的轴与切线共线且同向时，有：当{Me′}的轴与切线共线且同向时，有：213)根据公式求新的加工坐标系{M′}相对于机器人基坐标{B}的位姿矩阵进一步地，所述的步骤22)具体包括步骤：为加工坐标系{M′}建立一个坐标轴的直线部分表示{M′}轴向平移，圆弧部分表示{M′}绕切线旋转，所述坐标轴的直线部分与接触轮转轴平行且其中点为Mo′点，设加工坐标系{M′}从{Mo′}处开始在坐标轴上进行调整，调整的距离为d，当d＝0时，{M′}＝{Mo′}，当d∈[-W/2,W/2]时，{M′}为轴向平移，当d∈[-A-W/2,-W/2)或d∈[W/2,A+W/2)时，{M′}为绕轴旋转调整，设变量t，有公式：若d∈[-W/2,W/2]，则将a＝t代入加工坐标系轴向平移的变换公式中计算矩阵否则将α＝t，a＝t/|t|·W/2代入式加工坐标系绕切线旋转的变换公式中计算矩阵进一步地，所述步骤23)中，所述碰撞图层的横坐标为工件打磨路径上的刀触点序号，纵坐标为加工坐标系{M′}在坐标轴上的位置d，图中的点的坐标为(n,d)表示第n个刀触点所对应的{M′}在上的位置d，两条横线d＝A+W/2和d＝-A-W/2之间的区域为可行区域，表示{M′}在上的调整范围，当点(n,d)落在碰撞区域时，{M′}在上的位置为d，此时机器人打磨第n个刀触点时会发生碰撞，其余区域为无碰撞区域。相比现有技术，本专利技术具有灵活实用的特点，将三维问题简化为碰撞图层中的可靠区域寻找优化曲线的二维问题，能有效地避免机器人在砂带打磨工件过程中发生碰撞，同时还能保证打磨精度和效率。附图说明图1为工件的打磨路径转化成机器人的运动路径示意图。图2为机器人砂带打磨的坐标系示意图。图3a为砂带上加工坐标系所在位置示意图。图3b为初始时刻加工坐标系所在位置示意图。图4a为机器人打磨到工件上某个刀触点时，工件与刀具发生碰撞时的示意图。图4b为将加工坐标系{M′}沿接触轮的轴的方向平移距离a后避免碰撞的示意图。图5a为当初始加工坐标系{Mo′}的X轴与接触轮的轴线平行时的轴向平移的原理示意图。图5b为当初始加工坐标系{Mo′}的Y轴与接触轮的轴线平行时的轴向平移的原理示意图。图6a为加工坐标系轴向平移到砂带边缘加工时，工件与刀具发生碰撞示意图。图6b为将加工坐标系{M′}沿旋转α角度后，再用砂带边缘加工工件避免碰撞时的示意图。图7a为当{Me′}的轴与切线共线且同向时的旋转调整的示意图。图7b为当{Me′}的轴与切线共线且同向时的旋转调整的示意图。图8加工坐标系平移和旋转调整方法的整合后的示意图。图9b为基于机器人砂带打磨仿真建立的碰撞图层及优化曲线示意图。图9b为通过优化曲线计算机器人运动路径上各点的位姿示意图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。如图1所示，一种用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法，包括步骤：1)机器人运动路径生成的步骤，即将工件的打本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法，其特征在于，包括步骤：1)机器人运动路径生成的步骤，即将工件的打磨路径转化为机器人运动路径；2)机器人运动路径的避碰调整的步骤，即通过改变机器人打磨时运动路径上的各刀触点的位姿从而令机器人避免在加工过程中发生碰撞。

【技术特征摘要】
1.一种用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法，其特征在于，包括步骤：1)机器人运动路径生成的步骤，即将工件的打磨路径转化为机器人运动路径；2)机器人运动路径的避碰调整的步骤，即通过改变机器人打磨时运动路径上的各刀触点的位姿从而令机器人避免在加工过程中发生碰撞。2.根据权利要求1所述的用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法，其特征在于，步骤1)中将工件的打磨路径转化为机器人运动路径的步骤具体为将打磨路径上的各刀触点映射到机器人运动路径上对应的路径点的位姿。3.根据权利要求2所述的用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法，其特征在于：所述将打磨路径上的各刀触点映射到机器人运动路径上对应的路径点的位姿的步骤具体包括：11)为工件打磨路径上的每个刀触点添加坐标系，其轴与该点在工件表面处的单位外法向量相同；12)确定所有刀触点坐标系{M}的相对于工具坐标系{Tool}的位姿13)确定机器人工具坐标系{Tool}相对于基坐标系的位姿14)在砂带上的某点处定义一个加工坐标系{M′}，其位姿用机器人的基坐标系{B}来描述，即当打磨路径上的刀触点坐标系{M}与{M′}重合时，即表示砂带加工到该刀触点；15)计算机器人工具坐标系{Tool}相对于基坐标系{B}的位姿16)根据机器人逆运动学解算法与即可求得机器人运动路径上各点的关节空间位姿θ＝[θ1θ2θ3θ4θ5θ6]。4.根据权利要求1所述的用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法，其特征在于，步骤12)中，因采用机器人末端夹持工件的打磨方式，令机器人末端的工具坐标系{Tool}与工件坐标系{O}重合，则路径上的所有刀触点坐标系{M}均可以用{Tool}来描述位姿。5.根据权利要求1所述的用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法，其特征在于，所述步骤15)具体包括：由{M}＝{M′}得：故：其中：6.根据权利要求1所述的用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法，其特征在于，所述的步骤2)中改变机器人运动路径上的点的位姿的步骤是通过调整刀触点所对应的的值，进而改变避开产生碰撞的关节位姿，实现机器人运动路径无碰撞优化，具体包括步骤：21)调整加工坐标系{M′}相对于机器人基坐标系{B}的位姿包括沿接触轮转轴方向的平移调整和绕切线方向的旋转调整；22)整合加工坐标系{M′}平移调整和旋转调整；23)基于机器人砂带打磨仿真，建立碰撞图层；24)在碰撞图层中求得依次经过所有刀触点的优化曲线，用该优化曲线来计算机器人运动路径上各点的位姿，即可实现机器人运动路径的避碰调整。7.根据权利要求6所述的用于机器人砂带打磨的运动路径避碰调整方法，其特征在于，所述沿接触轮转轴方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：张铁，苏杰汶，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44