CN105786483A - 基于平板电脑的焊接机器人离线编程***及其离线编程方法 - Google Patents

基于平板电脑的焊接机器人离线编程***及其离线编程方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于平板电脑的焊接机器人离线编程***，包括***建模模块、运动学仿真模块、轨迹规划模块、自动编程模块、状态检测模块和通信模块。本发明还公开了离线编程***的离线编程方法。本发明相较于传统的在线示教编程***，采用基于Linux操作***，具有人性化的操作界面；可控性极强的编辑能力，容易优化各个轴的运动；模拟实际工作环境，支持机器人弧焊、点焊等焊接功能；特有的离线和仿真技术有利于优化程序，编制好的程序能直接通过无线网络被机器人读取采用，减少现场验证等待时间，减少出错及不必要的风险；成本低廉，容易被广大用户接受；操作简便、示教效果好。

Description

基于平板电脑的焊接机器人离线编程***及其离线编程方法
技术领域
本发明涉及自动控制领域，特别是涉及一种基于平板电脑的焊接机器人离线编程***及其离线编程方法。
背景技术
焊接机器人的编程方式可分为在线示教编程和离线示教编程。目前，机器人一般采用示教器在线示教编程的方法。该方法在编程过程中不仅较为繁琐，往往需要先有样品才能示教；而且在遇到路径比较复杂时，难以达到好的示教效果，示教精度也得不到保证。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种操作简便、示教效果好的基于平板电脑的焊接机器人离线编程***及其离线编程方法。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的一种基于平板电脑的焊接机器人离线编程***，包括***建模模块、运动学仿真模块、轨迹规划模块、自动编程模块、状态检测模块和通信模块，其中：
***建模模块：采用三维几何模型搭建虚拟环境，模拟焊接机器人的实际作业过程；
运动学仿真模块：仿真内容包括给定关节变量求解焊接机器人末端执行件位姿的运动学正解、给定工具坐标系所期望的位姿求解该位姿的关节变量的运动学逆解以及变位机和导轨的协同控制运动；
轨迹规划模块：根据作业任务的要求，计算出预期的运动轨迹，确定焊接机器人和变位机在运动过程中的位移、速度和加速度，同时避免焊接机器人位姿出现奇异点的情况；
自动编程模块：包括离线编程***的指令集，用于路径规划算法的添加和实现、程序的仿真运行、***的状态实时监测和错误预警；
状态检测模块：用于对焊接机器人进行碰撞检测，避免发生焊接机器人碰撞的重大错误，并对焊接机器人运动时各关节角度是否超过限位、各关节角度和加速度的范围是否符合要求进行实时监测；
通信模块：采用平板电脑通过无线网络将编写好的程序传输至控制柜，控制焊接机器人的实际运动。
进一步，所述***建模模块对机器人各个部分进行建模并生成相应文件，读取机器人各部分的数据，构造出机器人各部分的三维模型，并通过OpenGL接口控制机器人的三维模型。
进一步，所述***建模模块以3DSMAX平台为基础，使用MaxScript语言。
本发明所述的离线编程***的离线编程方法，包括以下的步骤：
步骤1：基于平板电脑，通过用户界面进行程序编写，将编写好的程序导入到离线编程***中或者将可用程序直接导入到离线编程***中；
步骤2：根据实际情况利用***建模模块搭建焊接机器人和环境的三维模型，为模拟焊接机器人的实际作业过程做准备；
步骤3：自动编程模块对步骤1中导入的程序进行语法检查：如果编译出现错误，则提示用户进行编辑和修改；否则，则通过内部函数将程序转化为运动指令和运动的位置信息；
步骤4：运动指令生成后，利用轨迹规划模块计算出预期的运动轨迹，然后通过运动学仿真模块对焊接机器人进行运动学仿真；
步骤5：在运动学仿真的过程中，利用状态检测模块对焊接机器人进行运动状态的监测和碰撞的检测，判断焊接机器人是否发生碰撞或者超过硬极限：如果发生碰撞或者超过硬极限，那么进入用户界面再次进行程序的编辑和修改；否则，则继续进行运动学仿真；
步骤6：判断运动学仿真后的结果是否满足作业需求：如果不满足，则进入用户界面再次进行程序的编辑和修改；否则，把程序转化为实际的焊接机器人可识别的程序，通过通信模块将实际的焊接机器人可识别的程序传输至控制柜中，控制实际机器人的运动作业。
有益效果：本发明相较于传统的在线示教编程***，采用基于Linux操作***，具有人性化的操作界面；可控性极强的编辑能力，容易优化各个轴的运动；模拟实际工作环境，支持机器人弧焊、点焊等焊接功能；特有的离线和仿真技术有利于优化程序，编制好的程序能直接通过无线网络被机器人读取采用，减少现场验证等待时间，减少出错及不必要的风险；成本低廉，容易被广大用户接受；操作简便、示教效果好。
附图说明
图1为本发明的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本发明公开了一种基于平板电脑的焊接机器人离线编程***，包括***建模模块、运动学仿真模块、轨迹规划模块、自动编程模块、状态检测模块和通信模块，其中：
***建模模块：以3DSMAX平台为基础，使用MaxScript语言高效地开发机器人以及周围的三维仿真模块，根据六自由度机器人的结构特点，在Linux下利用OpenGL图形库，建立机器人和周围环境的可视化虚拟环境，模拟焊接机器人的实际作业过程。
运动学仿真模块：仿真内容包括给定关节变量求解焊接机器人末端执行件位姿的运动学正解、给定工具坐标系所期望的位姿求解该位姿的关节变量的运动学逆解以及变位机和导轨的协同控制运动；一般情况下，焊接工作站控制***以变位机为主动单元，机器人为从动单元，变位机依据焊接工艺要求调整变位机各个关节角度以满足作业要求，变位机由焊缝路径点的位姿逆解出当前变位机的各个关节角度，正解得到焊缝路径点在世界坐标系中的位姿，对机器人逆解得到机器人的关节角度，通过机器人控制***，控制机器人关节运动到目标位姿。
轨迹规划模块：根据作业任务的要求，计算出预期的运动轨迹，确定焊接机器人和变位机在运动过程中的位移、速度和加速度，同时避免焊接机器人位姿出现奇异点的情况；焊接机器人在空间作业时，更多时候是末端执行件沿特定的笛卡尔空间轨迹运动，包括直线轨迹和圆弧轨迹。焊接机器人沿着焊缝进行焊接操作，整条焊缝可以视为在直角坐标空间的一段连续的轨迹。
自动编程模块：包括离线编程***的指令集，用于路径规划算法的添加和实现、程序的仿真运行、***的状态实时监测和错误预警；建立的语言体系有JMOVE、CMOVE、LMOVE等运动指令集，有注释(--)、调用(CALL)、循环(FOR)等控制指令集以及赋值语句等运算指令集。机器人的自动编程模块首先读取包含路径点参数的文件，将路径点的坐标等参数信息通过转换矩阵转化成在机器人坐标系中的坐标信息，得到了在机器人基坐标一系列的坐标点之后，调用对应的运动指令完成通过所有路径点的轨迹编程。
状态检测模块：用于对焊接机器人进行碰撞检测，避免发生焊接机器人碰撞的重大错误，并对焊接机器人运动时各关节角度是否超过限位、各关节角度和加速度的范围是否符合要求进行实时监测；通过三维的动态仿真来观测和检验机器人运行时的情况，进而判断机器人是否会发生碰撞或者超过工作范围，对于不合理的仿真情况需要对程序经过修改再进行进一步的仿真，节省机器人在线的时间并且提高机器人运行的安全性。
通信模块：采用无线通信，主要是为了方便以后对机器人***进行远程升级，提升焊接机器人***的智能化程度。
本发明的离线编程***的离线编程方法，包括以下的步骤：
步骤1：基于平板电脑，通过用户界面进行程序编写，将编写好的程序导入到离线编程***中或者将可用程序直接导入到离线编程***中；
步骤2：根据实际情况利用***建模模块搭建焊接机器人和环境的三维模型，为模拟焊接机器人的实际作业过程做准备；
步骤3：自动编程模块对步骤1中导入的程序进行语法检查：如果编译出现错误，则提示用户进行编辑和修改；否则，则通过内部函数将程序转化为运动指令和运动的位置信息；
步骤4：运动指令生成后，利用轨迹规划模块计算出预期的运动轨迹，然后通过运动学仿真模块对焊接机器人进行运动学仿真；
步骤5：在运动学仿真的过程中，利用状态检测模块对焊接机器人进行运动状态的监测和碰撞的检测，判断焊接机器人是否发生碰撞或者超过硬极限：如果发生碰撞或者超过硬极限，那么进入用户界面再次进行程序的编辑和修改；否则，则继续进行运动学仿真；
步骤6：判断运动学仿真后的结果是否满足作业需求：如果不满足，则进入用户界面再次进行程序的编辑和修改；否则，把程序转化为实际的焊接机器人可识别的程序，通过通信模块将实际的焊接机器人可识别的程序传输至控制柜中，控制实际机器人的运动作业。

Claims (4)

1.一种基于平板电脑的焊接机器人离线编程***，其特征在于：包括***建模模块、运动学仿真模块、轨迹规划模块、自动编程模块、状态检测模块和通信模块，其中：
***建模模块：采用三维几何模型搭建虚拟环境，模拟焊接机器人的实际作业过程；
运动学仿真模块：仿真内容包括给定关节变量求解焊接机器人末端执行件位姿的运动学正解、给定工具坐标系所期望的位姿求解该位姿的关节变量的运动学逆解以及变位机和导轨的协同控制运动；
轨迹规划模块：根据作业任务的要求，计算出预期的运动轨迹，确定焊接机器人和变位机在运动过程中的位移、速度和加速度，同时避免焊接机器人位姿出现奇异点的情况；
自动编程模块：包括离线编程***的指令集，用于路径规划算法的添加和实现、程序的仿真运行、***的状态实时监测和错误预警；
状态检测模块：用于对焊接机器人进行碰撞检测，避免发生焊接机器人碰撞的重大错误，并对焊接机器人运动时各关节角度是否超过限位、各关节角度和加速度的范围是否符合要求进行实时监测；
通信模块：采用平板电脑通过无线网络将编写好的程序传输至控制柜，控制焊接机器人的实际运动。
2.根据权利要求1所述的基于平板电脑的焊接机器人离线编程***，其特征在于：所述***建模模块对机器人各个部分进行建模并生成相应文件，读取机器人各部分的数据，构造出机器人各部分的三维模型，并通过OpenGL接口控制机器人的三维模型。
3.根据权利要求1所述的基于平板电脑的焊接机器人离线编程***，其特征在于：所述***建模模块以3DSMAX平台为基础，使用MaxScript语言。
4.根据权利要求1所述的基于平板电脑的焊接机器人离线编程***的离线编程方法，其特征在于：包括以下的步骤：
步骤1：基于平板电脑，通过用户界面进行程序编写，将编写好的程序导入到离线编程***中或者将可用程序直接导入到离线编程***中；
步骤2：根据实际情况利用***建模模块搭建焊接机器人和环境的三维模型，为模拟焊接机器人的实际作业过程做准备；
步骤3：自动编程模块对步骤1中导入的程序进行语法检查：如果编译出现错误，则提示用户进行编辑和修改；否则，则通过内部函数将程序转化为运动指令和运动的位置信息；
步骤4：运动指令生成后，利用轨迹规划模块计算出预期的运动轨迹，然后通过运动学仿真模块对焊接机器人进行运动学仿真；
步骤5：在运动学仿真的过程中，利用状态检测模块对焊接机器人进行运动状态的监测和碰撞的检测，判断焊接机器人是否发生碰撞或者超过硬极限：如果发生碰撞或者超过硬极限，那么进入用户界面再次进行程序的编辑和修改；否则，则继续进行运动学仿真；
步骤6：判断运动学仿真后的结果是否满足作业需求：如果不满足，则进入用户界面再次进行程序的编辑和修改；否则，把程序转化为实际的焊接机器人可识别的程序，通过通信模块将实际的焊接机器人可识别的程序传输至控制柜中，控制实际机器人的运动作业。
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