專利名稱：基于三維建模軟件實現工業機器人離線編程的方法
技術領域：
本發明涉及一種實現工業機器人離線編程的方法。
背景技術：
隨著勞動力成本的不斷提高，工業機器人應用也越來越普及；常規機器人應用編程為人工示教方式，但在一些特殊場合，如現場環境非常惡劣、加工精度要求非常高、激光焊接或切割、噴涂、噴釉、打磨或其他對空間曲線路徑有要求的，人工示教已無法滿足應用需求，需要一種非在線編程技術，即離線編程技術。工業機器人離線編程技術作為工業機器人應用中一項關鍵性技術，已漸趨成熟。中國發明專利申請《機器人離線示教方法》(公開號CN102004485A)，公布了一種通過計算機實現機器人離線編程的方法，該方法在計算機中建立三維模型，并生成軌跡，然后生成機器人運動軌跡。該方法包括:以彼此間隔的方法設定多個虛擬示教點，以便示教附接到虛擬空間生產線中的虛擬機器人上的虛擬工具的運動路徑和姿態。設定虛擬工具在一部分虛擬示教點上的姿態，其中所述一部分虛擬示教點分別至少包括起始點和終止點。在所述一部分虛擬示教點之間執行插值操作，以便從起始點到終點順次地連接所述一部分虛擬示教點，并且使虛擬工具在所述一部分虛擬示數點分別采取設定的姿態。在執行插值操作過程中，每隔預定的間隔將虛擬工具的位置和姿態存儲為插值操作點。對于每個不包括所述一部分虛擬示教點的其它虛擬示教點，選擇任何滿足預定選擇標準的所存儲的插值操作點。對于每個其它虛擬示教點，讀取所選擇的插值操作點的姿態數據，并將所讀取的姿態數據存儲為所述其它虛擬示教點的姿態數據。該發明提出的一種優化方案是:所述預定選擇標準為位于距其它虛擬示數點最小距離處的插值操作點。作為根據本發明的預定選擇標準，可以設定位于距其它虛擬示教點最小距離處的插值操作點。該方法存在一下缺陷:虛擬示教點為設定方式，必須手動設定示教點處的位置和姿態，而示教數據包括大量示教點，因此需要很長時間來產生示教數據。虛擬示教點的姿態數據為讀取選定點的數據，不能選擇最佳姿態數據。

發明內容
本發明所要解決的技術問題，在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種基于三維建模軟件實現工業機器人離線編程的方法，使用支持C0M/0LE等三維建模軟件API接口在三維建模環境中建立虛擬機器人本體和控制系統，分析和處理生成的、導入的或用戶繪制的空間線條數據，生成機器人運行軌跡，模擬實際機器人運行，并轉換和生成實際機器人控制器可執行的程序文件，導入實際機器人控制器，使實際機器人按照指定空間軌跡精確運行，實現工業機器人的離線編程。本發明方法包含以下步驟:
1、數據輸入:數據輸入的第一部分是空間曲線數據(曲線的三維坐標數據X，Y, Z)和機器人控制數據，該部分為離線編程的原始數據，可由導入或拷貝現有曲線模型、手動繪制空間曲線、手動運動虛擬機器人獲取工具末端參數等方法輸入；數據輸入的第二部分是機器人模型數據和工件模型數據。2、數據交換和處理:主要處理第I步驟輸入數據和三維環境交互數據；對于第一步驟輸入數據中的空間曲線，通過C0M/0LE等API接口獲取空間曲線數據，該數據至少包括起點和終點，比如空間直線，至少有起點三維坐標和終點三維坐標；對于機器人控制數據，獲取機器人關節角度值，運用機器人正運動學計算獲取機器人工具末端點數據；這些數據存儲在曲線處理數據結構內，等待下一步處理。3、曲線離散化處理:該步驟主要處理由第2步驟獲取的空間曲線數據，通過獲取空間曲線特征點數據建立方程，比如直線的起點和終點坐標分別為
P0 = -%:0)和匕=匕3 : )，其中 、％、％為起點P11的坐標，.Xh、}、、2Λ為終點1的坐標；則其空間方程為
權利要求
1.種基于三維建模軟件實現工業機器人離線編程的方法，包含以下步驟: a、數據輸入:數據輸入的第一部分是空間曲線數據和機器人控制數據；數據輸入的第二部分是機器人模型數據和工件模型數據； b、數據交換和處理:對于步驟a中的空間曲線數據，通過COM/OLE等API接口獲取；對于機器人控制數據，獲取機器人關節角度值，運用機器人正運動學計算獲取機器人工具末端點數據；將獲取的空間曲線數據和機器人控制數據存儲在曲線處理數據結構內； C、曲線離散化處理:通過獲取三維建模環境中空間曲線特征點數據，建立空間方程；根據輸入數據中配置要求將空間曲線離散為指定數量的點，并獲取到所有點的數據信息并存儲在曲線數據結構中； d、軌跡生成:根據空間曲線離散后的點的數據信息，生成機器人運動軌跡； e、虛擬機器人運動控制:虛擬機器人運動控制包括機器人關節運動控制、直角坐標系運動控制和運動到指定空間點的控制，并模擬運行生成的機器人運動軌跡；對于關節運動控制為控制各個關節的正向和反向轉動；對于直角坐標系控制，控制機器人直線運動或旋轉；對于運動到指定空間點的控制，選取一個空間點或輸入空間點坐標，然后選取該功能，機器人則通過反向運動學算法運動到該點；對于每個點有不同的機器人運動姿態，通過控制虛擬機器人到達每個點進行手動調節或自動計算最佳姿態數據； 逐一計算軌跡點起始姿態和其他軌跡點的姿態； f、軌跡模擬運行:虛擬機器人逐個讀取曲線數據結構中每個點的信息，經過反向運動學運動到這些點；虛擬機器人依照生成的軌跡和姿態模擬實際機器人運行，如果發現運動過程中有問題的點，則通過修改曲線數據結構中的點數據進行修正； g、控制器數據文件轉換和生成:根據對應的控制器指定的機器人語言法則，生成對應的執行程序文件； h、將已生成的執行程序文件導入對應的實際機器人控制器。
2.據權利要求1所述的一種基于三維建模軟件實現工業機器人離線編程的方法，其特征是: 所述數據輸入，空間曲線數據的輸入方式采用:導入或拷貝現有曲線模型或手動繪制空間曲線；所述機器人控制數據輸入采用手動運動虛擬機器人獲取工具末端參數方法輸入。
3.據權利要求1所述的一種基于三維建模軟件實現工業機器人離線編程的方法，其特征是:對于空間曲線離散得到的點的姿態數據為自動計算的最佳值。
全文摘要
本發明公開了一種基于三維建模軟件實現工業機器人離線編程的方法，其原理是在三維建模軟件環境下，使用支持COM/OLE等三維建模軟件API接口，獲取三維建模軟件中模型和空間矩陣數據，建立機器人虛擬本體模型和數學模型，實現虛擬機器人運動控制系統；通過獲取的空間線條數據，進行曲線到點的離散化，從而生成機器人運動軌跡，模擬實際機器人運行；建立工業機器人控制器運行程序生成模塊，生成實際控制器可執行文件，導出到實際機器人控制器運行，實現工業機器人離線編程。本發明能快速實現離線編程工作，自動生成對應點的最佳姿態，產生示教數據的時間更短，并且能方便快捷地實現難以在現實中尋找依據進行示教的空間曲線軌跡。
文檔編號B25J9/16GK103085072SQ201310076018
公開日2013年5月8日 申請日期2013年3月11日 優先權日2013年3月11日
發明者嚴律, 王杰高, 韓邦海 申請人:南京埃斯頓機器人工程有限公司