CN104238460A - 一种工件的协同加工方法、***及协同控制方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工件的协同加工方法，包括：对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得第一插补点，从而获得第一机械单元的控制角度以及第一工件坐标系；对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第二插补点，进而获得第二插补点在第一工件坐标系中的工件坐标；根据第二插补点的工件坐标获得第二机械单元的控制角度；在插补时刻根据第一机械单元的控制角度以及第二机械单元的控制角度控制第一机械单元、第二机械单元协同对第一工件进行加工。本发明还公开一种工件的协同加工***、多机械单元的协同控制方法、装置。本发明能够较易地实现多个机械单元的同步控制以提高加工效率，且实用性较高。

Description

一种工件的协同加工方法、***及协同控制方法、装置

技术领域

本发明涉及工业领域，特别是涉及一种工件的协同加工方法、***及多机械单元的协同控制方法、装置。

背景技术

在工业机器人等机械单元的控制中，常常需要多个机械单元协同配合完成一个作业任务，例如：一个机器人抓取一个随着传送带运动的工件；一个弧焊机器人对一个随着变位机运动的工件进行弧焊作业，一个点焊机器人对被另一个机器人抓取并随之运动的工件进行点焊作业等等。在上述多个机械单元的应用场景中，其具有的共同特点为：一个机械单元携带工件做一个基本运动，另外一个机械单元则在工件运动的基础上再叠加一个运动。例如图1，机械单元A携带工件C走一条圆弧轨迹1，而机械单元B则相对于工件C也走一条圆弧轨迹2，当机械单元A、B同时运动时，相对于世界坐标系而言，机械单元B此时的运动轨迹为圆弧轨迹1再叠加圆弧轨迹2的复杂轨迹3。

现有技术中对于上述机械单元B通常采用如下的控制方法：根据机械单元A的运动轨迹以及机械单元B相对工件C对应的工件坐标系的运动轨迹而合成机械单元B相对世界坐标系的运动轨迹，进一步对机械单元B相对世界坐标系的运动轨迹进行插补，以得到机械单元B的插补点在世界坐标系中的世界坐标，进而根据世界坐标得到机械单元B的控制角度。

本申请发明人在长期研发中发现，由于机械单元A走一条运动轨迹，机械单元B也相对A走一条运动轨迹，机械单元B相对世界坐标系将走一条未知几何形状的复杂运动轨迹，因此现有技术中合成机械单元B相对世界坐标系的运动轨迹难度较大，实用性较低；此外由于机械单元B相对世界坐标系的运动轨迹较复杂，如果相对世界坐标系对该合成的运动轨迹进行插补而得到机械单元B在每一个插补时刻的位置，从而保证机械单元B在随机械单元A运动的工件坐标系中的运动轨迹，则插补难度会相应较大，即难以实现机械单元A、B的同步控制运动。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种工件的协同加工方法、***及协同控制方法、装置，能够较易地实现多个机械单元的同步控制以提高加工效率，且实用性较高。

为解决上述技术问题，本发明第一方面提供一种工件的协同加工方法，包括：对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第一插补点，进而获得第一插补点在客观坐标系中的坐标，其中，客观坐标系为世界坐标系或相对于世界坐标系静止的坐标系；根据第一插补点在客观坐标系中的坐标获得第一机械单元的控制角度；根据第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系，其中，第一工件坐标系以第一工件为参照物，第一工件固定于第一机械单元上；获取至少一第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹，其中第二机械单元相对第一工件运动；对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第二插补点，进而获得第二插补点在第一工件坐标系中的工件坐标；根据第二插补点的工件坐标获得第二机械单元的控制角度；在插补时刻根据第一机械单元的控制角度以及第二机械单元的控制角度控制第一机械单元、第二机械单元协同对第一工件进行加工。

其中，在根据第二插补点的工件坐标获得第二机械单元的控制角度的步骤之后还包括：根据第二机械单元的控制角度获得第二工件坐标系，其中第二工件坐标系以第二工件为参照物，第二工件固定于第二机械单元上；获取至少一第三机械单元在第二工件坐标系中的运动轨迹，其中第三机械单元相对第二工件运动；对第三机械单元在第二工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第三插补点，进而获得第三插补点在第二工件坐标系中的工件坐标；根据第三插补点的工件坐标获得第三机械单元的控制角度；在插补时刻根据第一机械单元的控制角度、第二机械单元的控制角度以及第三机械单元的控制角度控制第一机械单元、第二机械单元以及第三机械单元协同对第一工件、第二工件进行加工。

其中，根据第二插补点的工件坐标获得第二机械单元的控制角度的步骤具体包括：将第二插补点的工件坐标变换到世界坐标系中，以获得第二插补点的工件坐标对应的世界坐标；进一步将第二插补点的世界坐标变换到第二机械单元的第二基础坐标系中，以获得第二插补点的世界坐标对应的基础坐标，其中第二基础坐标以第二机械单元为参照物；根据第二插补点的基础坐标获得第二机械单元的控制角度。

其中，客观坐标系为世界坐标系，第一插补点在客观坐标系中的坐标为世界坐标；根据第一插补点在客观坐标系中的坐标获得第一机械单元的控制角度的步骤具体包括：将第一插补点在客观坐标系中的世界坐标变换到第一机械单元的第一基础坐标系中，以获得第一插补点的世界坐标对应的基础坐标，其中第一基础坐标系以第一机械单元为参照物；根据第一插补点的基础坐标获得第一机械单元的控制角度。

其中，客观坐标系为相对于世界坐标系静止的工件坐标系，第一插补点在客观坐标系中的坐标为工件坐标；根据第一插补点在客观坐标系中的坐标获得第一机械单元的控制角度的步骤具体包括：将第一插补点在客观坐标系中的工件坐标变换到世界坐标系中，以获得第一插补点的工件坐标对应的世界坐标；将第一插补点的世界坐标变换到第一机械单元的第一基础坐标系中，以获得第一插补点的世界坐标对应的基础坐标，其中第一基础坐标系以第一机械单元为参照物；根据第一插补点的基础坐标获得第一机械单元的控制角度。

其中，第一机械单元为工业机器人、传送带或者变位机中的任意一种，第二机械单元为工业机器人。

其中，控制角度包括机械单元所有轴的控制角度。

为解决上述技术问题，本发明第二方面提供一种多机械单元的协同控制方法，包括：对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第一插补点，进而获得第一插补点在客观坐标系中的坐标，其中，客观坐标系为世界坐标系或相对于世界坐标系静止的坐标系；根据第一插补点在客观坐标系中的坐标获得第一机械单元的控制角度；根据第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系，其中，第一工件坐标系以第一工件为参照物，第一工件固定于第一机械单元上；获取至少一第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹，其中第二机械单元相对第一工件运动；对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第二插补点，进而获得第二插补点在第一工件坐标系中的工件坐标；根据第二插补点的工件坐标获得第二机械单元的控制角度。

为解决上述技术问题，本发明第三方面提供一种工件的协同加工加工***，包括：第一机械单元、至少一第二机械单元以及多机械单元的协同控制装置，其中多机械单元的协同控制装置包括：运动轨迹插补模块，用于对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第一插补点，进而获得第一插补点在客观坐标系中的坐标，其中，客观坐标系为世界坐标系或相对于世界坐标系静止的坐标系；控制角度获取模块，用于根据第一插补点在客观坐标系中的坐标获得第一机械单元的控制角度；工件坐标系获取模块，用于根据第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系，其中，第一工件坐标系以第一工件为参照物，第一工件固定于第一机械单元上；运动轨迹获取模块，用于获取至少一第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹，其中第二机械单元相对第一工件运动；运动轨迹插补模块还用于对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第二插补点，进而获得第二插补点在第一工件坐标系中的工件坐标；控制角度获取模块还用于根据第二插补点的工件坐标获得第二机械单元的控制角度；协同加工加工控制模块，用于在插补时刻根据第一机械单元的控制角度以及第二机械单元的控制角度控制第一机械单元、第二机械单元协同对第一工件进行加工加工。

为解决上述技术问题，本发明第四方面：提供一种多机械单元的协同控制装置，包括：运动轨迹插补模块，用于对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第一插补点，进而获得第一插补点在客观坐标系中的坐标，其中，客观坐标系为世界坐标系或相对于世界坐标系静止的坐标系；控制角度获取模块，用于根据第一插补点在客观坐标系中的坐标获得第一机械单元的控制角度；工件坐标系获取模块，用于根据第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系，其中，第一工件坐标系以第一工件为参照物，第一工件固定于第一机械单元上；运动轨迹获取模块，用于获取至少一第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹，其中第二机械单元相对第一工件运动；运动轨迹插补模块还用于对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第二插补点，进而获得第二插补点在第一工件坐标系中的工件坐标；控制角度获取模块还用于根据第二插补点的工件坐标获得第二机械单元的控制角度；协同加工控制模块，用于在插补时刻根据第一机械单元的控制角度以及第二机械单元的控制角度控制第一机械单元、第二机械单元协同对第一工件进行加工。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补，从而获得第一机械单元的控制角度，然后根据第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系以及第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹，进一步对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补，从而获得第二机械单元的控制角度，最后根据第一机械单元、第二机械单元的控制角度控制第一机械单元、第二机械单元协同对第一工件进行加工。由于本实施方式无需相对世界坐标系合成第二机械单元的运动轨迹而是直接对第二机械单元位于第一工件坐标系的运动轨迹进行插补，本发明相应获得第二机械单元的控制角度的复杂度较低，能够方便应用于实际加工中即实用性较高；此外，由于对第二机械单元位于第一工件坐标系中的运动轨迹相比合成的运动轨迹较简单，对应的插补难度较小，能够较易地获得第一机械单元、第二机械单元在同一插补时刻的插补点位置，因此能够比较容易地实现第一机械单元、第二机械单元的同步控制运动从而提高加工效率。

附图说明

图1是现有技术中两个机械单元对工件进行加工的轨迹示意图；

图2是本发明工件的协同加工方法第一实施方式的流程示意图；

图3是本发明工件的协同加工方法第一实施方式中根据第二插补点的工件坐标获得第二机械单元的控制角度的流程示意图；

图4是本发明工件的协同加工方法第二实施方式的流程示意图；

图5是本发明工件的协同加工方法第二实施方式中各个机械单元对应的运动依赖关系图；

图6是本发明多机械单元的协同控制方法一实施方式的流程示意图；

图7是本发明工件的协同加工***一实施方式的结构示意框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，均属于本发明保护的范围。

请参阅图2，本发明工件的协同加工方法第一实施方式包括：

步骤S11：对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第一插补点，进而获得第一插补点在客观坐标系中的坐标。

对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻t对应的第一插补点，进而获得第一插补点在客观坐标系中的坐标。插补为根据运动轨迹上某些点，按照插补算法获得位于已知点中间的插补点的过程，插补时刻t对应的插补点即为在插补时刻t机械单元的工具中心点(Tool Center Point，TCP)所运动到的位置点；例如已知运动轨迹的起点与终点，通过插补而获得起点与终点中间的插补点。机械单元为控制器能够控制的一个机械部件，例如为工业机器人、变位机、传送带等。

本实施方式中上述客观坐标系可以为世界坐标系，在其他实施方式中客观坐标系也可为相对于世界坐标系静止的坐标系。世界坐标系为用户指定与大地固连的一个坐标系，在机械单元操作过程中该坐标系不发生变化。相对于世界坐标系静止的坐标系可以具体为一相对世界坐标系静止的工件坐标系，工件坐标系为固定在工件上的坐标系，其以工件为参照物，当工件位姿发生变化时，工件坐标系也相应变化。

步骤S12：根据第一插补点在客观坐标系中的坐标获得第一机械单元的控制角度。

举例来说，本实施方式中客观坐标系可以为世界坐标系，对应地第一插补点在客观坐标中的坐标具体可以为世界坐标，本步骤获得第一机械单元的控制角度的过程具体为：

根据世界坐标系与基础坐标系之间的坐标变换关系将第一插补点在客观坐标系中的世界坐标变换到第一机械单元的第一基础坐标系中，以获得第一插补点的世界坐标对应的基础坐标。其中，第一基础坐标系以第一机械单元为参照物，基础坐标系为位于机械单元基座的坐标系，在机械单元的操作过程中基础坐标系不发生变化，每个机械单元对应一基础坐标系。

在获得第一插补点在第一基础坐标系中的基础坐标后，进一步根据第一插补点的基础坐标逆解获得第一机械单元的控制角度。

步骤S13：根据第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系。

根据第一机械单元的控制角度利用正运动学获得第一工件坐标系，其中，第一工件坐标系以第一工件为参照物，第一工件固定于第一机械单元上。在工件的加工过程中，第一机械单元携带第一工件进行运动，第一工件坐标系在运动过程中相对世界坐标系为变化的。

步骤S14：获取至少一第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹。

根据工件加工的起点位置、终点位置等工件加工要求获取至少一第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹，第二机械单元相对第一工件运动以对第一工件进行相应的加工加工。

步骤S15：对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第二插补点，进而获得第二插补点在第一工件坐标系中的工件坐标。

本步骤通过对第二机械单元的运动轨迹进行插补而获得同一插补时刻t对应的第二插补点以及该第二插补点在第一工件坐标系中的工件坐标。本发明为在同一插补周期内对第一机械单元的运动轨迹、第二机械单元的运动轨迹进行插补，从而分别获得同一插补时刻对应的第一插补点以及第二插补点。

步骤S16：根据第二插补点的工件坐标获得第二机械单元的控制角度。

请参阅图3，本步骤根据第二插补点的工件坐标获得第二机械单元的控制角度具体包括以下子步骤：

子步骤S161：将第二插补点的工件坐标变换到世界坐标系中。

根据工件坐标系与世界坐标系之间的坐标变换关系将第二插补点在第一工件坐标系中的工件坐标变换到世界坐标系中，以获得第二插补点的工件坐标对应的世界坐标。

子步骤S162：将第二插补点的世界坐标变换到第二机械单元的第二基础坐标系中。

进一步根据世界坐标系与基础坐标系之间的坐标变换关系将第二插补点的世界坐标变换到第二机械单元的第二基础坐标系中，以获得第二插补点的世界坐标对应的基础坐标，其中第二基础坐标以第二机械单元为参照物。

子步骤S163：根据第二插补点的基础坐标获得第二机械单元的控制角度。

最后根据第二插补点的基础坐标逆解获得第二机械单元的控制角度。

步骤S17：在插补时刻根据第一机械单元的控制角度、第二机械单元的控制角度控制第一机械单元、第二机械单元协同对第一工件进行加工。

在获得第一机械单元、至少一第二机械单元的控制角度后，在插补时刻t根据第一机械单元的控制角度、至少一第二机械单元的控制角度控制第一机械单元、至少一第二机械单元协同对固定于第一机械单元上的第一工件进行加工，即控制第一机械单元、第二机械单元同步运动以对第一工件进行加工。其中，第一机械单元具体可以为工业机器人、变位机或者传送带等机械单元中的任意一种，第二机械单元可以为工业机器人，本实施方式中工业机器人具体为6轴工业机器人，在其他实施方式中工业机器人也可为其他轴数的串联或并联工业机器人，此处不作过多限制。第一机械单元、第二机械单元的控制角度具体包括该机械单元所有轴(关节)的控制角度，例如当第一机械单元为6轴工业机器人时，其对应的控制角度包括6个轴的控制角度。

下面对本发明工件的协同加工方法第一实施方式进行举例说明：假设有两个机械单元，其中第一机械单元A为变位机，第二机械单元B为弧焊机器人，A的法兰面上固定一工件C，工件C即为第一工件，A携带工件C参考世界坐标系WobjA运动，工件C对应的工件坐标系为WobjC，WobjC即为第一工件坐标系，A在世界坐标系WobjA中的运动轨迹为TrajA，B参考第一工件坐标系WobjC运动，B在第一工件坐标系WobjC中的运动轨迹为TrajB。

首先对A的运动轨迹TrajA进行插补以获得当前插补时刻t对应的第一插补点At，进而获得第一插补点At在世界坐标系中的坐标Wa，进而根据At的坐标Wa获得当前插补时刻t第一机械单元A的控制角度Da；然后根据A的控制角度Da逆解得到第一工件坐标系WobjC，进一步获取第二机械单元B在WobjC中的运动轨迹TrajB；接着对B的运动轨迹TrajB进行插补以获得当前插补时刻t对应的第二插补点Bt，进而获得Bt在第一工件坐标系WobjC中的工件坐标Wb；进一步根据工件坐标Wb获得B的控制角度Db；最后在当前插补时刻t根据A的控制角度Da、B的控制角度Db控制A、B协同对工件C进行加工。即在t时刻控制变位机携带工件C进行运动的同时，控制弧焊机器人对工件C进行弧焊加工，变位机的变位动作和弧焊机器人的弧焊动作同时进行。

可以理解，本发明工件的协同加工方法第一实施方式对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补，从而获得第一机械单元的控制角度，然后根据第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系以及第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹，进一步对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补，从而获得第二机械单元的控制角度，最后根据第一机械单元、第二机械单元的控制角度控制第一机械单元、第二机械单元协同对第一工件进行加工。由于本实施方式无需相对世界坐标系合成第二机械单元的运动轨迹而是直接对第二机械单元位于第一工件坐标系的运动轨迹进行插补，本发明相应获得第二机械单元的控制角度的复杂度较低，能够方便应用于实际加工中即实用性较高；此外，由于对第二机械单元位于第一工件坐标系中的运动轨迹相比合成的运动轨迹较简单，对应的插补难度较小，能够较易地获得第一机械单元、第二机械单元在同一插补时刻的插补点位置，因此能够比较容易地实现第一机械单元、第二机械单元的同步控制运动从而提高加工效率。

请参阅图4，本发明工件的协同加工方法第二实施方式包括：

步骤S21：对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第一插补点，进而获得第一插补点在客观坐标系中的坐标。

本实施方式中客观坐标系为相对于世界坐标系静止的坐标系，进一步地，相对于世界坐标系静止的坐标系具体为一相对世界坐标系静止的工件坐标系。

步骤S22：根据第一插补点在客观坐标系中的坐标获得第一机械单元的控制角度。

本实施方式中第一插补点在客观坐标中的坐标具体为工件坐标，本步骤获得第一机械单元的控制角度的过程具体为：

根据工件坐标系与世界坐标系之间的坐标变换关系将第一插补点在客观坐标系中的工件坐标变换到世界坐标系中，以获得第一插补点的工件坐标对应的世界坐标。

根据世界坐标系与基础坐标系之间的坐标变换关系将第一插补点在客观坐标系中的世界坐标变换到第一机械单元的第一基础坐标系中，以获得第一插补点的世界坐标对应的基础坐标。其中，第一基础坐标系以第一机械单元为参照物。

在获得第一插补点在第一基础坐标系中的基础坐标后，进一步根据第一插补点的基础坐标逆解获得第一机械单元的控制角度。

步骤S23：根据第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系。

步骤S24：获取至少一第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹。

步骤S25：对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第二插补点，进而获得第二插补点在第一工件坐标系中的工件坐标。

步骤S26：根据第二插补点的工件坐标获得第二机械单元的控制角度。

步骤S27：根据第二机械单元的控制角度获得第二工件坐标系。

根据第二机械单元的控制角度利用正运动学获得第二工件坐标系，其中第二工件坐标系以第二工件为参照物，第二工件固定于第二机械单元上。

步骤S28：获取至少一第三机械单元在第二工件坐标系中的运动轨迹。

其中，第三机械单元相对第二工件运动。

步骤S29：对第三机械单元在第二工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第三插补点，进而获得第三插补点在第二工件坐标系中的工件坐标。

步骤S210：根据第三插补点的工件坐标获得第三机械单元的控制角度。

步骤S211：在插补时刻根据第一机械单元的控制角度、第二机械单元的控制角度以及第三机械单元的控制角度控制第一机械单元、第二机械单元以及第三机械单元协同对第一工件、第二工件进行加工。

本步骤即为在插补时刻根据第一机械单元的控制角度、第二机械单元的控制角度控制第一机械单元、第二机械单元协同对第一工件进行加工的同时，根据第二机械单元的控制角度、第三机械单元的控制角度控制第二机械单元、第三机械单元协同对第二工件进行加工。其中，第三机械单元具体为工业机器人、变位机或者传送带等机械单元中的任意一种；机械单元的控制角度包括机械单元所有轴的控制角度。

本发明工件的协同加工方法第二实施方式各个机械单元对应的运动依赖关系树如图5所示，位于该关系树的第一层的第一机械单元参考一客观坐标系运动，位于该关系树第二层的至少一第二机械单元参考第一机械单元携带的第一工件坐标系运动，位于该关系树第三层的至少一第三机械单元参考第二机械单元携带的第二工件坐标系运动。此外在其他实施方式中，该关系树还可包括至少一第四机械单元等，同理该第四机械单元参考第三机械单元携带的工件坐标系运动。位于同一颗树上的机械单元之间有联动关系，在对运动轨迹进行插补时对该关系树进行一次广度优先遍历，在同一插补周期内按照由上层到下层的顺序对各个机械单元的运动轨迹进行插补从而获得同一插补时刻对应的各个插补点。

可以理解，本发明工件的协同加工方法第二实施方式与上一实施方式的区别在于，在获得第二机械单元的控制角度后，进一步根据第二机械单元的控制角度获得第二工件坐标系以及在第二工件坐标系中的运动轨迹，进一步对至少一第三机械单元在第二工件坐标系的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第三插补点，然后根据第三插补点的工件坐标获得第三机械单元的控制角度，最后根据控制角度控制第一机械单元、第二机械单元以及第三机械单元协同对第一工件、第二工件进行加工，本实施方式相比上一实施方式能够实现更多层次数量的机械单元的协同加工，且同样能够较易地实现多个机械单元的同步控制以提高加工效率、实用性较高。

请参阅图6，本发明多机械单元的协同控制方法一实施方式包括：

步骤S31：对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第一插补点，进而获得第一插补点在客观坐标系中的坐标。

其中，客观坐标系为世界坐标系或相对于世界坐标系静止的坐标系。

步骤S32：根据第一插补点在客观坐标系中的坐标获得第一机械单元的控制角度。

步骤S33：根据第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系。

其中，第一工件坐标系以第一工件为参照物，第一工件固定于第一机械单元上。

步骤S34：获取至少一第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹。

其中，第二机械单元相对第一工件运动。

步骤S35：对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第二插补点，进而获得第二插补点在第一工件坐标系中的工件坐标。

步骤S36：根据第二插补点的工件坐标获得第二机械单元的控制角度。

可以理解，本发明多机械单元的协同控制方法一实施方式对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补，从而获得第一机械单元的控制角度，然后根据第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系以及第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹，最后对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补，从而获得第二机械单元的控制角度。由于本实施方式无需相对世界坐标系合成第二机械单元的运动轨迹而是直接对第二机械单元位于第一工件坐标系的运动轨迹进行插补，本发明相应获得第二机械单元的控制角度的复杂度较低，能够方便应用于实际加工中即实用性较高；此外，由于对第二机械单元位于第一工件坐标系中的运动轨迹相比合成的运动轨迹较简单，对应的插补难度较小，能够较易地获得第一机械单元、第二机械单元在同一插补时刻的插补点位置，因此能够比较容易地实现第一机械单元、第二机械单元的同步控制。

请参阅图7，本发明工件的协同加工***一实施方式包括：

第一机械单元41、至少一第二机械单元42以及多机械单元的协同控制装置43。多机械单元的协同控制装置43具体包括运动轨迹插补模块、控制角度获取模块、工件坐标系获取模块、运动轨迹获取模块以及协同加工控制模块，各模块具体功能如下所述：

运动轨迹插补模块，用于对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第一插补点，进而获得第一插补点在客观坐标系中的坐标，其中，客观坐标系为世界坐标系或相对于世界坐标系静止的坐标系。

控制角度获取模块，用于根据运动轨迹插补模块所获得的第一插补点在客观坐标系中的坐标获得第一机械单元的控制角度。

工件坐标系获取模块，用于根据控制角度获取模块所获得的第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系，其中，第一工件坐标系以第一工件为参照物，第一工件固定于第一机械单元上。

运动轨迹获取模块，用于获取至少一第二机械单元在工件坐标系获取模块所获得的第一工件坐标系中的运动轨迹，其中第二机械单元相对第一工件运动。

运动轨迹插补模块还用于对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第二插补点，进而获得第二插补点在第一工件坐标系中的工件坐标。

控制角度获取模块还用于根据第二插补点的工件坐标获得第二机械单元的控制角度。

协同加工控制模块，用于在插补时刻根据控制角度获取模块所获得的第一机械单元的控制角度以及第二机械单元的控制角度控制第一机械单元、第二机械单元协同对第一工件进行加工。

具体地，运动轨迹插补模块对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻t对应的第一插补点，进而获得第一插补点在客观坐标系中的坐标。插补为根据运动轨迹上某些点，按照插补算法获得位于已知点中间的插补点的过程，插补时刻t对应的插补点即为在插补时刻t机械单元的工具中心点(Tool Center Point，TCP)所运动到的位置点；例如已知运动轨迹的起点与终点，通过插补而获得起点与终点中间的插补点。机械单元为控制器能够控制的一个机械部件，例如为工业机器人、变位机、传送带等。

本实施方式中上述客观坐标系可以为世界坐标系，在其他实施方式中客观坐标系也可为相对于世界坐标系静止的坐标系。世界坐标系为用户指定与大地固连的一个坐标系，在机械单元操作过程中该坐标系不发生变化。相对于世界坐标系静止的坐标系可以具体为一相对世界坐标系静止的工件坐标系，工件坐标系为固定在工件上的坐标系，其以工件为参照物，当工件位姿发生变化时，工件坐标系也相应变化。

而后，控制角度获取模块根据世界坐标系与基础坐标系之间的坐标变换关系将第一插补点在客观坐标系中的世界坐标变换到第一机械单元的第一基础坐标系中，以获得第一插补点的世界坐标对应的基础坐标。其中，第一基础坐标系以第一机械单元为参照物，基础坐标系为位于机械单元基座的坐标系，在机械单元的操作过程中基础坐标系不发生变化，每个机械单元对应一基础坐标系。控制角度获取模块在获得第一插补点在第一基础坐标系中的基础坐标后，进一步根据第一插补点的基础坐标逆解获得第一机械单元的控制角度。

在控制角度获取模块得到第一机械单元的控制角度以后，工件坐标系获取模块根据第一机械单元的控制角度利用正运动学获得第一工件坐标系，其中，第一工件坐标系以第一工件为参照物，第一工件固定于第一机械单元上。在工件的加工过程中，第一机械单元携带第一工件进行运动，第一工件坐标系在运动过程中相对世界坐标系为变化的。

运动轨迹获取模块根据工件加工的起点位置、终点位置等工件加工要求获取至少一第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹，第二机械单元相对第一工件运动以对第一工件进行相应的加工加工。

运动轨迹插补模块通过对第二机械单元的运动轨迹进行插补而获得同一插补时刻t对应的第二插补点以及该第二插补点在第一工件坐标系中的工件坐标。本发明为在同一插补周期内对第一机械单元的运动轨迹、第二机械单元的运动轨迹进行插补，从而分别获得同一插补时刻对应的第一插补点以及第二插补点。

控制角度获取模块根据第二插补点的工件坐标获得第二机械单元的控制角度。具体地，控制角度获取模块先根据工件坐标系与世界坐标系之间的坐标变换关系将第二插补点在第一工件坐标系中的工件坐标变换到世界坐标系中，以获得第二插补点的工件坐标对应的世界坐标。然后，进一步地根据世界坐标系与基础坐标系之间的坐标变换关系将第二插补点的世界坐标变换到第二机械单元的第二基础坐标系中，以获得第二插补点的世界坐标对应的基础坐标，其中第二基础坐标以第二机械单元为参照物。得到基础坐标以后，控制角度获取模块再根据第二插补点的基础坐标逆解获得第二机械单元的控制角度。

在获得第一机械单元、至少一第二机械单元的控制角度后，在插补时刻t根据第一机械单元的控制角度、至少一第二机械单元的控制角度控制第一机械单元、至少一第二机械单元协同对固定于第一机械单元上的第一工件进行加工，即控制第一机械单元、第二机械单元同步运动以对第一工件进行加工。其中，第一机械单元具体可以为工业机器人、变位机或者传送带等机械单元中的任意一种，第二机械单元可以为工业机器人，本实施方式中工业机器人具体为6轴工业机器人，在其他实施方式中工业机器人也可为其他轴数的串联或并联工业机器人，此处不作过多限制。第一机械单元、第二机械单元的控制角度具体包括该机械单元所有轴(关节)的控制角度，例如当第一机械单元为6轴工业机器人时，其对应的控制角度包括6个轴的控制角度。

可以理解，本实施方式中的工件的协同加工***通过运动轨迹插补模块对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补，从而使得控制角度获取模块获得第一机械单元的控制角度，然后运动轨迹插补模块根据工件坐标系获取模块根据第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系，以及运动轨迹获取模块获取到的第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹，进一步对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补，从而使得控制角度获取模块获得第二机械单元的控制角度，最后协同加工控制模块根据第一机械单元、第二机械单元的控制角度控制第一机械单元、第二机械单元协同对第一工件进行加工。由于本实施方式无需相对世界坐标系合成第二机械单元的运动轨迹而是直接对第二机械单元位于第一工件坐标系的运动轨迹进行插补，本发明相应获得第二机械单元的控制角度的复杂度较低，能够方便应用于实际加工中即实用性较高；此外，由于对第二机械单元位于第一工件坐标系中的运动轨迹相比合成的运动轨迹较简单，对应的插补难度较小，能够较易地获得第一机械单元、第二机械单元在同一插补时刻的插补点位置，因此能够比较容易地实现第一机械单元、第二机械单元的同步控制运动从而提高加工效率。

在另一个实施方式中，本实施方式的工件的协同加工***包括运动轨迹插补模块、控制角度获取模块、工件坐标系获取模块、运动轨迹获取模块以及协同加工控制模块，

运动轨迹插补模块用于对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第一插补点，进而获得第一插补点在客观坐标系中的坐标。

控制角度获取模块用于根据第一插补点在客观坐标系中的坐标获得第一机械单元的控制角度。具体地，根据工件坐标系与世界坐标系之间的坐标变换关系将第一插补点在客观坐标系中的工件坐标变换到世界坐标系中，以获得第一插补点的工件坐标对应的世界坐标。然后，控制角度获取模块还用于根据世界坐标系与基础坐标系之间的坐标变换关系将第一插补点在客观坐标系中的世界坐标变换到第一机械单元的第一基础坐标系中，以获得第一插补点的世界坐标对应的基础坐标。其中，第一基础坐标系以第一机械单元为参照物。控制角度获取模块在获得第一插补点在第一基础坐标系中的基础坐标后，进一步根据第一插补点的基础坐标逆解获得第一机械单元的控制角度。

工件坐标系获取模块用于根据第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系。

运动轨迹获取模块用于获取至少一第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹。

对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第二插补点，进而获得第二插补点在第一工件坐标系中的工件坐标。

运动轨迹插补模块插补模块还用于根据第二机械单元的控制角度获得第二工件坐标系。

运动轨迹获取模块还用于获取至少一第三机械单元在第二工件坐标系中的运动轨迹。其中，第三机械单元相对第二工件运动。

运动轨迹插补模块对第三机械单元在第二工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第三插补点，进而获得第三插补点在第二工件坐标系中的工件坐标。

控制角度获取模块根据第三插补点的工件坐标获得第三机械单元的控制角度。

协同加工控制模块在插补时刻根据第一机械单元的控制角度、第二机械单元的控制角度以及第三机械单元的控制角度控制第一机械单元、第二机械单元以及第三机械单元协同对第一工件、第二工件进行加工。即为在插补时刻根据第一机械单元的控制角度、第二机械单元的控制角度控制第一机械单元、第二机械单元协同对第一工件进行加工的同时，根据第二机械单元的控制角度、第三机械单元的控制角度控制第二机械单元、第三机械单元协同对第二工件进行加工。其中，第三机械单元具体为工业机器人、变位机或者传送带等机械单元中的任意一种；机械单元的控制角度包括机械单元所有轴的控制角度。

本发明工件的协同加工体统的各个机械单元对应的运动依赖关系树如图5所示，位于该关系树的第一层的第一机械单元参考一客观坐标系运动，位于该关系树第二层的至少一第二机械单元参考第一机械单元携带的第一工件坐标系运动，位于该关系树第三层的至少一第三机械单元参考第二机械单元携带的第二工件坐标系运动。此外在其他实施方式中，该关系树还可包括至少一第四机械单元等，同理该第四机械单元参考第三机械单元携带的工件坐标系运动。位于同一颗树上的机械单元之间有联动关系，在对运动轨迹进行插补时对该关系树进行一次广度优先遍历，在同一插补周期内按照由上层到下层的顺序对各个机械单元的运动轨迹进行插补从而获得同一插补时刻对应的各个插补点。

可以理解，本实施方式的工件的协同加工***与上一实施方式的区别在于，在控制角度获取模块获得第二机械单元的控制角度后，运动轨迹获取模块进一步根据第二机械单元的控制角度获得第二工件坐标系以及在第二工件坐标系中的运动轨迹，运动轨迹插补模块进一步对至少一第三机械单元在第二工件坐标系的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第三插补点，然后控制角度获取模块根据第三插补点的工件坐标获得第三机械单元的控制角度，最后协同加工控制模块根据控制角度控制第一机械单元、第二机械单元以及第三机械单元协同对第一工件、第二工件进行加工，本实施方式相比上一实施方式能够实现更多层次数量的机械单元的协同加工，且同样能够较易地实现多个机械单元的同步控制以提高加工效率、实用性较高。

在另一个实施方式中，本实施方式提供一种多机械单元协同控制***，包括运动轨迹插补模块、控制角度获取模块、工件坐标系获取模块、运动轨迹获取模块以及协同加工控制模块，

运动轨迹插补模块用于对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第一插补点，进而获得第一插补点在客观坐标系中的坐标。其中，客观坐标系为世界坐标系或相对于世界坐标系静止的坐标系。

控制角度获取模块用于根据第一插补点在客观坐标系中的坐标获得第一机械单元的控制角度。

工件坐标系获取模块用于根据第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系。其中，第一工件坐标系以第一工件为参照物，第一工件固定于第一机械单元上。

运动轨迹获取模块用于获取至少一第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹。其中，第二机械单元相对第一工件运动。

运动轨迹插补模块用于对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第二插补点，进而获得第二插补点在第一工件坐标系中的工件坐标。

控制角度获取模块还用于根据第二插补点的工件坐标获得第二机械单元的控制角度。

可以理解，本实施方式的多机械单元的协同***的运动轨迹插补模块对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补，从而获得第一机械单元的控制角度，然后运动轨迹获取模块根据第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系以及第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹，最后运动轨迹插补模块对第二机械单元在第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补，从而获得第二机械单元的控制角度。由于本实施方式无需相对世界坐标系合成第二机械单元的运动轨迹而是直接对第二机械单元位于第一工件坐标系的运动轨迹进行插补，本发明相应获得第二机械单元的控制角度的复杂度较低，能够方便应用于实际加工中即实用性较高；此外，由于对第二机械单元位于第一工件坐标系中的运动轨迹相比合成的运动轨迹较简单，对应的插补难度较小，能够较易地获得第一机械单元、第二机械单元在同一插补时刻的插补点位置，因此能够比较容易地实现第一机械单元、第二机械单元的同步控制。

加工以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种工件的协同加工方法，其特征在于，包括：

对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第一插补点，进而获得所述第一插补点在所述客观坐标系中的坐标，其中，所述客观坐标系为世界坐标系或相对于世界坐标系静止的坐标系；

根据所述第一插补点在所述客观坐标系中的坐标获得所述第一机械单元的控制角度；

根据所述第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系，其中，所述第一工件坐标系以所述第一工件为参照物，所述第一工件固定于所述第一机械单元上；

获取至少一第二机械单元在所述第一工件坐标系中的运动轨迹，其中所述第二机械单元相对所述第一工件运动；

对所述第二机械单元在所述第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得所述插补时刻对应的第二插补点，进而获得所述第二插补点在所述第一工件坐标系中的工件坐标；

根据所述第二插补点的工件坐标获得所述第二机械单元的控制角度；

在所述插补时刻根据所述第一机械单元的控制角度以及所述第二机械单元的控制角度控制所述第一机械单元、所述第二机械单元协同对所述第一工件进行加工。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

在所述根据所述第二插补点的工件坐标获得所述第二机械单元的控制角度的步骤之后还包括：

根据所述第二机械单元的控制角度获得第二工件坐标系，其中所述第二工件坐标系以所述第二工件为参照物，所述第二工件固定于所述第二机械单元上；

获取至少一第三机械单元在所述第二工件坐标系中的运动轨迹，其中所述第三机械单元相对所述第二工件运动；

对所述第三机械单元在第二工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得所述插补时刻对应的第三插补点，进而获得所述第三插补点在所述第二工件坐标系中的工件坐标；

根据所述第三插补点的工件坐标获得所述第三机械单元的控制角度；

在所述插补时刻根据所述第一机械单元的控制角度、第二机械单元的控制角度以及第三机械单元的控制角度控制第一机械单元、第二机械单元以及第三机械单元协同对第一工件、第二工件进行加工。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二插补点的工件坐标获得所述第二机械单元的控制角度的步骤具体包括：

将所述第二插补点的工件坐标变换到世界坐标系中，以获得所述第二插补点的工件坐标对应的世界坐标；

进一步将所述第二插补点的世界坐标变换到所述第二机械单元的第二基础坐标系中，以获得所述第二插补点的世界坐标对应的基础坐标，其中所述第二基础坐标以所述第二机械单元为参照物；

根据所述第二插补点的基础坐标获得所述第二机械单元的控制角度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述客观坐标系为世界坐标系，所述第一插补点在所述客观坐标系中的坐标为世界坐标；

所述根据所述第一插补点在所述客观坐标系中的坐标获得所述第一机械单元的控制角度的步骤具体包括：

将所述第一插补点在所述客观坐标系中的世界坐标变换到所述第一机械单元的第一基础坐标系中，以获得所述第一插补点的世界坐标对应的基础坐标，其中所述第一基础坐标系以所述第一机械单元为参照物；

根据所述第一插补点的基础坐标获得所述第一机械单元的控制角度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述客观坐标系为相对于世界坐标系静止的工件坐标系，所述第一插补点在所述客观坐标系中的坐标为工件坐标；

所述根据所述第一插补点在所述客观坐标系中的坐标获得所述第一机械单元的控制角度的步骤具体包括：

将所述第一插补点在所述客观坐标系中的工件坐标变换到世界坐标系中，以获得所述第一插补点的工件坐标对应的世界坐标；

将所述第一插补点的世界坐标变换到所述第一机械单元的第一基础坐标系中，以获得所述第一插补点的世界坐标对应的基础坐标，其中所述第一基础坐标系以所述第一机械单元为参照物；

根据所述第一插补点的基础坐标获得所述第一机械单元的控制角度。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，

所述第一机械单元为工业机器人、传送带或者变位机中的任意一种，所述第二机械单元为工业机器人。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，

所述控制角度包括机械单元所有轴的控制角度。

8.一种多机械单元的协同控制方法，其特征在于，包括：

对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第一插补点，进而获得所述第一插补点在所述客观坐标系中的坐标，其中，所述客观坐标系为世界坐标系或相对于世界坐标系静止的坐标系；

根据所述第一插补点在所述客观坐标系中的坐标获得所述第一机械单元的控制角度；

根据所述第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系，其中，所述第一工件坐标系以所述第一工件为参照物，所述第一工件固定于所述第一机械单元上；

获取至少一第二机械单元在所述第一工件坐标系中的运动轨迹，其中所述第二机械单元相对所述第一工件运动；

对所述第二机械单元在所述第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得所述插补时刻对应的第二插补点，进而获得所述第二插补点在所述第一工件坐标系中的工件坐标；

根据所述第二插补点的工件坐标获得所述第二机械单元的控制角度。

9.一种工件的协同加工***，其特征在于，包括：

第一机械单元、至少一第二机械单元以及多机械单元的协同控制装置，其中所述多机械单元的协同控制装置包括：

运动轨迹插补模块，用于对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第一插补点，进而获得所述第一插补点在所述客观坐标系中的坐标，其中，所述客观坐标系为世界坐标系或相对于世界坐标系静止的坐标系；

控制角度获取模块，用于根据所述第一插补点在所述客观坐标系中的坐标获得所述第一机械单元的控制角度；

工件坐标系获取模块，用于根据所述第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系，其中，所述第一工件坐标系以所述第一工件为参照物，所述第一工件固定于所述第一机械单元上；

运动轨迹获取模块，用于获取至少一第二机械单元在所述第一工件坐标系中的运动轨迹，其中所述第二机械单元相对所述第一工件运动；

所述运动轨迹插补模块还用于对所述第二机械单元在所述第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得所述插补时刻对应的第二插补点，进而获得所述第二插补点在所述第一工件坐标系中的工件坐标；

所述控制角度获取模块还用于根据所述第二插补点的工件坐标获得所述第二机械单元的控制角度；

协同加工控制模块，用于在所述插补时刻根据所述第一机械单元的控制角度以及所述第二机械单元的控制角度控制所述第一机械单元、所述第二机械单元协同对所述第一工件进行加工。

10.一种多机械单元的协同控制装置，其特征在于，包括：

运动轨迹插补模块，用于对第一机械单元在客观坐标系中的运动轨迹进行插补以获得插补时刻对应的第一插补点，进而获得所述第一插补点在所述客观坐标系中的坐标，其中，所述客观坐标系为世界坐标系或相对于世界坐标系静止的坐标系；

控制角度获取模块，用于根据所述第一插补点在所述客观坐标系中的坐标获得所述第一机械单元的控制角度；

工件坐标系获取模块，用于根据所述第一机械单元的控制角度获得第一工件坐标系，其中，所述第一工件坐标系以所述第一工件为参照物，所述第一工件固定于所述第一机械单元上；

运动轨迹获取模块，用于获取至少一第二机械单元在所述第一工件坐标系中的运动轨迹，其中所述第二机械单元相对所述第一工件运动；

所述运动轨迹插补模块还用于对所述第二机械单元在所述第一工件坐标系中的运动轨迹进行插补以获得所述插补时刻对应的第二插补点，进而获得所述第二插补点在所述第一工件坐标系中的工件坐标；

所述控制角度获取模块还用于根据所述第二插补点的工件坐标获得所述第二机械单元的控制角度；

协同加工控制模块，用于在所述插补时刻根据所述第一机械单元的控制角度以及所述第二机械单元的控制角度控制所述第一机械单元、所述第二机械单元协同对所述第一工件进行加工。