离线编程后置代码转换方法和基于该方法的双机器人协同智造系统、方法技术方案

离线编程后置代码转换方法和基于该方法的双机器人协同智造系统、方法，在仿真系统中导入仿真机器人、加工工具及零件的实体模型，根据加工需求对系统进行合理布局和标定，生成加工轨迹；仿真检验轨迹点是否可达，对不可达、轴超限等异常轨迹点进行调整；利用后置代码转换算法，将调整好的轨迹点转换为相应型号的实体机器人的运行代码，两台实体机器人在满足相互通信的条件下，通过运行代码，既可完成单机加工、双机同步独立加工，也可进行双机协同加工。整个系统安全可靠，精度高，鲁棒性强，并且适应多种不同品牌型号的机器人与多种类型的加工需求，能够满足双机器人协同智造的应用。

【技术实现步骤摘要】
离线编程后置代码转换方法和基于该方法的双机器人协同智造系统、方法
本专利技术属于智能制造与机器人
，特别涉及一种离线编程后置代码转换方法和基于该方法的双机器人协同智造系统、方法。
技术介绍
随着工业的快速发展，工业机器人的应用更加普及，传统上机器人的动作都是通过反复地示教来设计，但是这种方式效率很低，并且对于一些复杂任务，通过示教很难达到要求。同时，单个机器人因为其自身的一些局限性，往往无法完成较为复杂的工作任务。双工业机器人具有适应性强、灵活性好的优点，是实现智能制造的有效途径。然而，双工业机器人的协同路径规划、系统校准、轨迹误差补偿以及协同控制等问题是机器人在工业环境中应用与推广过程中急需解决的关键技术问题。现有的离线编程软件由于缺少双机器人仿真与协同控制功能，无法进行双机器人的协同轨迹规划与离线编程，也无法实现基于离线编程的高效协同智造。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种离线编程后置代码转换方法和基于该方法的双机器人协同智造系统、方法，通过系统标定，保证了仿真与实际工作环境的一致性，引入神经网络训练误差补偿模型，提高机器人在实际应用中的精度；后置代码转换是将仿真环节验证通过的轨迹点信息转换成可以在工业机器人控制器上运行的程序，与工业机器人建立通信，控制机器人将仿真工作环境中完成的动作在实际工作环境中重现。此外，为增强灵活性，增加了后置代码编辑功能。机器人协同智造系统是基于离线编程标定关键技术和后置代码转换方法的协同智造系统，不仅可以实现双机器人的协同加工，还可以切换单机模式使用单机器人进行离线编程，在不同的加工任务下具有鲁棒性好、精度高、效率高的优点。可作为智能自动化系统的模型系统进行深入研究，充分体现了工业机器人协同作业的概念以及工业机器人代替人工作业的概念，可扩展性强，为进一步研究群工业机器人智能自动化系统提供了基础。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种离线编程后置代码转换方法，根据实际所使用的机器人品牌型号，将仿真机器人的轨迹进行相应的欧拉角变换，并转换为相应的指令集；然后进行后置代码编辑，即对后置代码进行指令编辑、修改操作、文件存取，并与多台实体机器人建立通信，以控制实体机器人完成加工，使仿真环境下的协同智造在实际工作环境中重现。所述后置代码转换，采用轨迹姿态信息转化方法，首先将仿真中生成的仿真机器人的轨迹姿态信息，转换为使用三个欧拉角α、β、γ定义，再根据实体机器人的指令格式，翻译成相应的指令，具体操作包含如下步骤：步骤1：根据实体机器人的零点定义，将仿真机器人轨迹的姿态信息转换为与实体机器人相适应的末端局部坐标系的姿态；步骤2：根据实体机器人的欧拉角定义方式，将步骤1转换后的末端局部坐标系的姿态，转换为三个欧拉角α、β、γ定义；步骤3：根据实际所使用的工业机器人的型号以及指令的模式，将步骤2得到的轨迹点信息翻译成相应的实体机器人可识别的指令。选择关节值运动指令模式，则将每个轨迹点对应的逆运动学求解的各个关节轴的值按照相应格式写入到实体机器人运行指令中，选择位姿值运动指令模式，则将轨迹点的位置和姿态信息按照相应格式写入到实体机器人运行指令中。同时，对需要控制实体工业机器人气泵开合的轨迹点，在其后添加控制实体机器人IO口电平输出的指令。所述步骤2中，将变化后的轨迹姿态信息作为实际机器人末端局部坐标系与实际机器人基座标系之间的旋转矩阵，根据旋转矩阵和实际机器人的欧拉角定义方式，计算欧拉角，采用ZYX欧拉角定义方式，计算公式为：式中：c是cos的简写，s是sin的简写；已知从基坐标系CO变换为局部坐标系CO'的旋转矩阵则根据转换矩阵得到实际机器人末端姿态矩阵对应的三个欧拉角；其中α、β、γ表示实际机器人的三个欧拉角，r11～r33由上旋转矩阵RC求得。所述后置代码编辑中，添加程序编辑器以显示后置转换后的代码，并且包含指令编辑、修改操作、文件存取的功能，其中指令编辑通过点击菜单栏中的指令，在弹出的对话框中填写参数值，完成指令的编辑；修改操作包含了双击修改、复制、粘贴、上移、下移；文件存取包含将已有程序保存到文件中以及将文件中的程序读取到程序编辑器中显示，通过文件存取，将经过仿真验证的程序直接导入到程序编辑器中，并且通过与实体机器人建立通信，将程序下载到实体机器人控制器中控制机器人运动。在后置代码转换完成后，将转换后的指令下载到实体机器人控制器之前，进行关节值的误差补偿，基于BP神经网络训练关节值误差补偿模型，通过对关节值进行补偿，减少运动时的位姿误差，进一步提高机器人的位姿精度，具体包括如下步骤：步骤1：获取机器人多组位姿对应的理论关节值与实际关节值；步骤2：将步骤1获得的多组某一位姿对应的理论关节值和实际关节值的数据代入BP神经网络进行训练，其中理论关节值为网络的输入数据，实际关节值为网络的期望输出数据；步骤3：在实体机器人控制器中写入训练好的神经网络补偿模型，将机器人逆运动学求解得到的理论关节值代入模型中，以输出的修正后的关节值控制机器人运动；若工业机器人厂商未开放控制器模型的补偿端口，则使用基于神经网络的实时误差补偿方法，或者在后置代码转换输出关节运动模式程序时直接通过训练好的误差补偿模型进行修正。所述后置代码通信中，使用Socket进行基于TCP/IP协议的通信，将转换后的程序下载到实体机器人控制器中控制机器人运动，对于双机器人，通过设置两个通信线程，来分别与两台机器人进行通信；具体操作为，将仿真轨迹生成得到的通信点翻译为通信指令，当前线程在运行中，遇到通信指令则先启动兄弟线程，并停止当前线程，通过两个线程间的相互通信完成双机协同。建立通信程序的流程如下：(a)搭建基于TCP的Socket通信的服务器端程序：通过socket函数创建一个套接字；通过bind函数将刚才创建好的套接字与一个IP地址和端口号进行绑定；通过listen函数监听来自客户端一方的连接请求；通过accept函数接收来自客户端一方的连接请求；通过send函数和recv函数与客户端发送数据和接收数据来进行通信，等待其他客户的请求；关闭套接字；(b)搭建基于TCP的Socket通信的客户端程序：通过socket函数创建一个套接字；通过connect函数将套接字与服务器端的IP和端口号进行连接；通过send函数和recv函数与服务器端发送数据和接收数据来进行通信；关闭套接字；(c)设置双线程通信，使计算机分别下载程序至两台实体机器人的控制器，通过线程之间的通信完成双机协同。本专利技术还提供了基于所述离线编程后置代码转换方法的双机器人协同智造系统，其特征在于，包括离线编程软件仿真区(1)、机器人控制区(2)与机器人加工工作区(3、4、5)，其中：离线编程软件仿真区(1)包括计算机(7)与显示屏(6)，负责完成协同智造系统布局，轨迹规划与仿真工作；机器人控制区包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离线编程后置代码转换方法，其特征在于，根据实际所使用的机器人品牌型号，将仿真机器人的轨迹进行相应的欧拉角变换，并转换为相应的指令集；然后进行后置代码编辑，即对后置代码进行指令编辑、修改操作、文件存取，并与多台实体机器人建立通信，以控制实体机器人完成加工，使仿真环境下的协同智造在实际工作环境中重现。/n

【技术特征摘要】
1.一种离线编程后置代码转换方法，其特征在于，根据实际所使用的机器人品牌型号，将仿真机器人的轨迹进行相应的欧拉角变换，并转换为相应的指令集；然后进行后置代码编辑，即对后置代码进行指令编辑、修改操作、文件存取，并与多台实体机器人建立通信，以控制实体机器人完成加工，使仿真环境下的协同智造在实际工作环境中重现。


2.根据权利要求1所述离线编程后置代码转换方法，其特征在于，所述后置代码转换采用轨迹姿态信息转化方法，首先将仿真中生成的仿真机器人的轨迹姿态信息，转换为使用三个欧拉角α、β、γ定义，再根据实体机器人的指令格式，翻译成相应的指令，具体操作包含如下步骤：
步骤1：根据实体机器人的零点定义，将仿真机器人轨迹的姿态信息转换为与实体机器人相适应的末端局部坐标系的姿态；
步骤2：根据实体机器人的欧拉角定义方式，将步骤1转换后的末端局部坐标系的姿态，转换为使用三个欧拉角α、β、γ定义；
步骤3：根据实际所使用的工业机器人的型号以及指令的模式，将步骤2得到的轨迹点信息翻译成相应的实体机器人可识别的指令；若选择关节值运动指令模式，则将每个轨迹点对应的逆运动学求解的各个关节轴的值按照相应格式写入到实体机器人运行指令中；若选择位姿值运动指令模式，则将轨迹点的位置和姿态信息按照相应格式写入到实体机器人运行指令中；同时，对需要控制实体工业机器人气泵开合的轨迹点，在其后添加控制实体机器人IO口电平输出的指令。


3.根据权利要求2所述离线编程后置代码转换方法，其特征在于，所述步骤2中，将变化后的轨迹姿态信息作为实际机器人末端局部坐标系与实际机器人基座标系之间的旋转矩阵，根据旋转矩阵和实际机器人的欧拉角定义方式，计算欧拉角，采用ZYX欧拉角定义方式，计算公式为：



式中：c是cos的简写，s是sin的简写；
已知从基坐标系CO变换为局部坐标系CO'的旋转矩阵



则根据转换矩阵得到实际机器人末端姿态矩阵对应的三个欧拉角；









其中α、β、γ表示实际机器人的三个欧拉角，r11～r33由旋转矩阵RC求得。


4.根据权利要求1所述离线编程后置代码转换方法，其特征在于，添加程序编辑器以显示后置转换后的代码，并且包含指令编辑、修改操作、文件存取的功能，其中指令编辑通过点击菜单栏中的指令，在弹出的对话框中填写参数值，完成指令的编辑；修改操作包含了双击修改、复制、粘贴、上移、下移；文件存取包含将已有程序保存到文件中以及将文件中的程序读取到程序编辑器中显示，通过文件存取，将经过仿真验证的程序直接导入到程序编辑器中，并且通过与实体机器人建立通信，将程序下载到实体机器人控制器中控制机器人运动。


5.根据权利要求1所述离线编程后置代码转换方法，其特征在于，在后置代码转换完成后，将转换后的指令下载到实体机器人控制器之前，进行关节值的误差补偿，基于BP神经网络训练关节值误差补偿模型，通过对关节值进行补偿，减少运动时的位姿误差，进一步提高机器人的位姿精度，具体包括如下步骤：
步骤1：获取机器人多组位姿对应的理论关节值与实际关节值；
步骤2：将步骤1获得的多组某一位姿对应的理论关节值和实际关节值的数据代入BP神经网络进行训练，其中理论关节值为网络的输入数据，实际关节值为网络的期望输出数据；
步骤3：在实体机器人控制器中写入训练好的神经网络补偿模型，将机器人逆运动学求解得到的理论关节值代入模型中，以输出的修正后的关节值控制机器人运动；若工业机器人厂商未开放控制器模型的补偿端口，则使用基于神经网络的实时误差补偿方法，或者在后置代码转换输出关节运动模式程序时直接通过训练好的误差补偿模型进行修正。


6.根据权利要求1所述离线编程后置代码转换方法，其特征在于，使用Socket进行基于TCP/IP协议的通信，将转换后的程序下载到实体机器人控制器中控制机器人运动，对于双机器人，通过设置两个通信线程，来分别与两台机器人进行通信；具体操作为，将仿真轨迹生成得到的通信点翻译为通信指令，当...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕红强，周小勇，韩九强，郑辑光，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61