CN111659780B - 一种机器人弯管加工方法及弯管加工装置 - Google Patents

一种机器人弯管加工方法及弯管加工装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机器人弯管加工方法，涉及到弯管加工的技术领域，包括：S1、建立用户坐标系，用户坐标系的原点位于弯管的顶端，用户坐标系的Z轴方向竖直向上，用户坐标系的Y轴方向朝向弯管的内侧方向；S2、机器人手持弯管机头，机器人设置在弯管的顶端，保持机器人固定不动，计算机器人工具坐标系；S3、将数模数据导入弯管参数模型和机器人运动模型，建立机器人弯管加工路径，生成机器人弯管加工程序；S4、机器人执行机器人弯管加工程序。其对设备的利用率高、加工效率高。

Description

一种机器人弯管加工方法及弯管加工装置
技术领域
本发明涉及到弯管加工的技术领域，尤其涉及到一种机器人弯管加工方法及弯管加工装置。
背景技术
目前，传统的弯管加工设备使用液压弯管设备或伺服弯管设备。弯管转机配合机器人上下料，进给小车送料，夹紧模夹紧管件并转动，实现管件弯曲工艺。这种加工工艺根据给定的数模及管件三维坐标XYZ，计算出弯管加工坐标YBC，然后通过小车进给Y距离，管件绕中心轴旋转B角度，夹紧模旋转C角度这三个步骤完成加工。
现有的弯管专机结构，使得管件只能在一端进行加工，对于需要两端加工的管件仍需在后期通过人工送料的方式进行加工。且由于弯管专机体积较大，在加工过程中遇到较复杂的工艺时，已加工的弯管端容易与弯管机发生干涉，增加了通过补偿YBC数据实现避干涉的难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人弯管加工方法及弯管加工装置，用于解决上述技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种机器人弯管加工方法，包括：
S1、建立用户坐标系，所述用户坐标系的原点位于弯管的顶端，所述用户坐标系的Z轴方向竖直向上，所述用户坐标系的Y轴方向朝向所述弯管的内侧方向；
S2、机器人手持弯管机头，所述机器人设置在所述弯管的顶端，保持所述机器人固定不动，计算机器人工具坐标系；
S3、将数模数据导入弯管参数模型和机器人运动模型，建立机器人弯管加工路径，生成机器人弯管加工程序；
S4、所述机器人执行所述机器人弯管加工程序。
作为优选，在S1中，在所述弯管的一端建立所述用户坐标系，或在所述弯管的两端分别建立所述用户坐标系。
作为优选，在S1中，采用三点法建立所述用户坐标系，于所述弯管的顶端、所述弯管的正上方以及沿所述弯管的方向取三个点，计算三所述点的位置得到所述用户坐标系。
作为优选，在S3中，对所述弯管的一端进行加工，导入一组所述数模数据；或对所述弯管的两端进行加工，导入两组所述数模数据。
作为优选，在S3中，所述机器人运动模型包括：
A1、所述机器人进行进给运动；
A2、所述机器人和旋转夹持器联动旋转；
A3、所述机器人配合所述弯管机头的旋转随动。
作为进一步的优选，在S3中，所述机器人运动模型的参数包括：所述机器人进行进给运动的进给量、所述机器人和所述旋转夹持器联动旋转的第一角度、所述弯管机头的旋转的第二角度和所述机器人随动的随动距离。
作为进一步的优选，在S3中，所述弯管参数模型包括数模坐标、弯曲半径、所述随动距离、所述进给量、所述第二角度和两工艺之间的旋转角度。
作为进一步的优选，所述随动距离为：
Li＝CiπRi；
式中：Li为所述随动距离，Ci为所述第二角度，Ri为所述弯曲半径。
作为进一步的优选，所述第二角度为：
Ci＝acos((ViVi+1)/(|Vi||Vi+1|))；
式中：Vi为Pi与Pi+1的向量，Pi为所述数模坐标，Vi+1为Pi+1与Pi+2的向量。
作为进一步的优选，所述进给量为：
Yi＝|Vi|-Ri*tan(Ci/2)-Ri*tan(Ci-1/2)；
式中：Yi为所述进给量，Ci-1＝acos((Vi-1Vi)/(|Vi-1||Vi|))。
作为进一步的优选，所述第一角度为：
Bi＝acos((Ni-1Ni)/(|Ni-1||Ni|))；
式中：Bi为所述第一角度，Ni为Vi与Vi+1的法向量，Ni-1为Vi-1与Vi的法向量。
一种机器人弯管加工装置，包括：所述弯管机头、夹持所述弯管机头的所述机器人、以及能够与所述机器人联动运动的旋转夹持器。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明中，通过预先建立弯管参数模型和机器人运动模型，并将待加工的弯管的数模数据导入弯管参数模型和机器人运动模型内，从而实现一台机器人代替现有弯管转机配套机器人模式，独立完成弯管工艺，不仅解决了机器人在整个工艺体系中仅承担取料放料的工作，造成设备利用率低下的问题，还解决了弯管专机体积大，避干涉困难的问题，以及弯管专机仅能在一端进行弯管加工，无法满足部分需要两端加工的细长管件的问题。
附图说明
图1是本发明中机器人进行进给量时的结构示意图；
图2是本发明中机器人与旋转夹持器联动旋转时的结构示意图；
图3是本发明中弯管机头旋转相对机器人旋转时的结构示意图；
图4是本发明中的弯管的工艺模型图。
图中：1、机器人；2、旋转夹持器；3、弯管机头；4、弯管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
图1是本发明中机器人进行进给量时的结构示意图.图2是本发明中机器人与旋转夹持器联动旋转时的结构示意图,图3是本发明中弯管机头旋转相对机器人旋转时的结构示意图，图4是本发明中的弯管的工艺模型图，请参见图1至图4所示，示出的一种较佳的实施例，示出的一种机器人弯管加工方法,包括一种机器人弯管加工方法，包括：
S1、建立用户坐标系，用户坐标系的原点位于弯管4的顶端，用户坐标系的Z轴方向竖直向上，用户坐标系的Y轴方向朝向弯管4的内侧方向。
S2、机器人1手持弯管机头3，机器人1设置在弯管4的顶端，保持机器人1固定不动，计算机器人工具坐标系。
S3、将数模数据导入弯管参数模型和机器人运动模型，建立机器人弯管加工路径，生成机器人弯管加工程序。当需要对弯管4的一端进行加工时，只需导入一组数模数据，当需要对弯管4的两端进行加工时，需要导入两组数模数据。
S4、机器人执行机器人弯管加工程序，从而保证弯管4加工与数模相匹配。
进一步，作为一种较佳的实施方式，在S1中，在弯管4的一端建立用户坐标系，或在弯管4的两端分别建立用户坐标系。
进一步，作为一种较佳的实施方式，在S1中，采用三点法建立用户坐标系，于弯管4的顶端、弯管4的正上方以及沿弯管4的方向取三个点，计算三点的位置得到用户坐标系。
进一步，作为一种较佳的实施方式，在S3中，对弯管4的一端进行加工，导入一组数模数据。或对弯管4的两端进行加工，导入两组数模数据。
进一步，作为一种较佳的实施方式，在S3中，机器人运动模型包括：
A1、机器人1进行进给运动。
A2、机器人1和旋转夹持器2联动旋转。
A3、机器人1配合弯管机头3的旋转随动。
进一步，作为一种较佳的实施方式，在S3中，机器人运动模型的参数包括：机器人1进行进给运动的进给量、机器人1和旋转夹持器2联动旋转的第一角度、弯管机头3的旋转的第二角度和机器人1随动的随动距离。
进一步，作为一种较佳的实施方式，在S3中，弯管参数模型包括数模坐标(Pi)、弯曲半径(Ri)、随动距离(Li)、进给量(Yi)、第二角度(Ci)和两工艺之间的旋转角度(Bi+1)。
进一步，作为一种较佳的实施方式，随动距离为：
Li＝CiπRi。
式中：Li为随动距离，Ci为第二角度，Ri为弯曲半径。
进一步，作为一种较佳的实施方式，第二角度为：
Ci＝acos((ViVi+1)/(|Vi||Vi+1|))。
式中：Vi为Pi与Pi+1的向量，Pi为数模坐标，Vi+1为Pi+1与Pi+2的向量。
进一步，作为一种较佳的实施方式，进给量为：
Yi＝|Vi|-Ri*tan(Ci/2)-Ri*tan(Ci-1/2)。
式中：Yi为进给量，Ci-1＝acos((Vi-1Vi)/(|Vi-1||Vi|))。本实施例中，如图4所示，Yi＝|Vi|-Di-Di-1，而Ci＝acos((ViVi+1)/(|Vi||Vi+1|))，因此，Di＝Rtan(Ci/2)，而Di-1＝Rtan(Ci-1/2)，因此Yi＝|Vi|-R*tan(Ci/2)-R*tan(Ci-1/2)。其中，Di为弯曲切点到数模坐标的距离。
进一步，作为一种较佳的实施方式，第一角度为：
Bi＝acos((Ni-1Ni)/(|Ni-1||Ni|))。
式中：Bi为第一角度，Ni为Vi与Vi+1的法向量，Ni-1为Vi-1与Vi的法向量。
进一步，作为一种较佳的实施方式，本实施例中的机器人弯管加工装置，包括：弯管机头3、夹持弯管机头3的机器人1、以及能够与机器人1联动运动的旋转夹持器2。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种机器人弯管加工方法，其特征在于，包括：
S1、建立用户坐标系，所述用户坐标系的原点位于弯管的顶端，所述用户坐标系的Z轴方向竖直向上，所述用户坐标系的Y轴方向朝向所述弯管的内侧方向；
S2、机器人手持弯管机头，所述机器人设置在所述弯管的顶端，保持所述机器人固定不动，计算机器人工具坐标系；
S3、将数模数据导入弯管参数模型和机器人运动模型，建立机器人弯管加工路径，生成机器人弯管加工程序；
S4、所述机器人执行所述机器人弯管加工程序；
在S3中，所述机器人运动模型包括：
A1、所述机器人进行进给运动；
A2、所述机器人和旋转夹持器联动旋转；
A3、所述机器人配合所述弯管机头的旋转随动；
在S3中，所述机器人运动模型的参数包括：所述机器人进行进给运动的进给量、所述机器人和所述旋转夹持器联动旋转的第一角度、所述弯管机头的旋转的第二角度和所述机器人随动的随动距离；
在S3中，所述弯管参数模型包括数模坐标、弯曲半径、所述随动距离、所述进给量、所述第二角度和两工艺之间的旋转角度；
所述随动距离为：
Li＝CiπRi；
式中：Li为所述随动距离，Ci为所述第二角度，Ri为所述弯曲半径。
2.如权利要求1所述的机器人弯管加工方法，其特征在于，在S1中，在所述弯管的一端建立所述用户坐标系，或在所述弯管的两端分别建立所述用户坐标系。
3.如权利要求1所述的机器人弯管加工方法，其特征在于，在S1中，采用三点法建立所述用户坐标系，于所述弯管的顶端、所述弯管的正上方以及沿所述弯管的方向取三个点，计算三所述点的位置得到所述用户坐标系。
4.如权利要求1所述的机器人弯管加工方法，其特征在于，在S3中，对所述弯管的一端进行加工，导入一组所述数模数据；或对所述弯管的两端进行加工，导入两组所述数模数据。
5.如权利要求1所述的机器人弯管加工方法，其特征在于，所述第二角度为：
Ci＝acos((ViVi+1)/(|Vi||Vi+1|))；
式中：Vi为Pi与Pi+1的向量，Pi为所述数模坐标，Vi+1为Pi+1与Pi+2的向量。
6.如权利要求5所述的机器人弯管加工方法，其特征在于，所述进给量为：
Yi＝|Vi|-Ri*tan(Ci/2)-Ri*tan(Ci-1/2)；
式中：Yi为所述进给量，Ci-1＝acos((Vi-1Vi)/(|Vi-1||Vi|))。
7.如权利要求6所述的机器人弯管加工方法，其特征在于，所述第一角度为：
Bi＝acos((Ni-1Ni)/(|Ni-1||Ni|))；
式中：Bi为所述第一角度，Ni为Vi与Vi+1的法向量，Ni-1为Vi-1与Vi的法向量。
8.一种机器人弯管加工装置，用于实现权利要求1至7中任意一项所述的机器人弯管加工方法，其特征在于，包括：所述弯管机头、夹持所述弯管机头的所述机器人、以及能够与所述机器人联动运动的旋转夹持器。
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