[發明專利]基于DELMIA仿真的機器人制孔加工離線編程方法

有效

• 申請號: 201410162613.5
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103955168A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 曲巍崴;李江雄;柯映林;黃奇偉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B19/4093
• 分類號: G05B19/4093
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 牛世靜

技術領域

本發明涉及的機器人制孔加工技術領域的和方法，特別涉及一種基于DELMIA仿真的機器人制孔加工離線編程方法。?

背景技術

工業機器人作為最為廣泛的柔性設備，自上世紀80年代開始被廣泛應用于汽車工業的多個領域。近年來，隨著機器人技術在波音、空客等航空企業中的成功應用，國內外航空制造業紛紛開始研究、推廣機器人技術，以適應低成本、高質量、高效率、自動化加工要求。美國Electroimpact公司與波音公司聯合設計的機器人自動化制孔系統主要用于波音F/A-18E/F超級大黃蜂后緣襟翼、波音737副翼和機身表面的鉆孔和锪窩。德國寶捷公司設計了一套攜帶多功能末端執行器的高定位精度的機器人自動鉆孔和插釘系統，實現了對貨艙門結構的自動鉆鉚要求。?

機器人編程主要有現場示教和離線編程兩種方式。現場示教由操作員手持示教器驅動機器人運動，記錄每個運動點繼而獲得一條安全的機器人運動路徑。由于依據現場環境產生運動路徑，因此示教方式更安全可靠，但對操作員技術要求較高且效率低下。隨著機器人工作環境日益復雜、工作效率日趨提高，現場示教方式顯然已無法適應，機器人離線編程應勢而生。通過在仿真環境中導入產品、工裝、工具和機器人模型，構建虛擬的機器人加工系統，以機器人運動學、動力學模型為基礎在任務驅動下產生一條安全無碰撞、滿足各種性能指標要求的機器人運動程序。?

離線編程系統可以極大地簡化機器人編程進程，提高編程效率，是實現系統集成的必要的軟件支撐系統。從80年代開始，美國、日本、德國等大學研究機構、科研院所、機器人制造商紛紛對離線編程系統進行深入研究，取得了豐碩研究成果，開發了如Workspace、ROBCAD、IGRIP等商用離線編程軟件。?

此外，許多機器人制造商如KUKA、ABB、MOTOMAN，也推出自己的機器?人離線編程系統。我國自主開發的機器人離線編程系統有華中科技大學的HOLPSS、清華大學的HOLPSA、上海交通大學的焊接離線編程系統等。王克鴻在《焊接學報》(2001,Vol.22，NO.4：84-87)提出的弧焊機器人離線編程系統，包括幾何特征提取及建模模塊、焊接姿態規劃模塊、焊接參數規劃模塊、機器人程序自動生成模塊、機器人仿真及通訊模塊。該離線編程系統功能模式較符合大多數離線編程系統的構建思路，可見離線編程系統開發過程包含以下關鍵技術：1)機器人加工信息提取；2)機器人運動反解；3)機器人軌跡優化與調整；4)機器人圖形化仿真；5)機器人程序創建。尹峰在其學位論文《6自由度焊接機器人離線編程系統研究》中基于ADAMS仿真功能，提出同時考慮機器人運動學和動力學性能的機器人軌跡規劃方法。?

對于離線編程軟件的實用化過程中遇到了仿真環境與現場加工環境不一致而導致的離線加工程序不能直接應用于實際加工的問題，公開號為101973032A的中國專利申請中公開了一種焊接機器人線結構光視覺傳感器離線編程系統和方法，通過采集的現場視覺圖像指導機器人焊接工作，克服了實際焊接過程中各種不確定性因素，提高了機器人焊接質量。JIANYING?SHI在美國專利(0234994A1)也提出了基于視覺測量的機器人臂動態控制方法，消除工件位置變化引起的機器人位置偏差。張康在中國專利(200810147853.2，2009-5-20)介紹了一種機器人離線編程與現場調試無縫銜接方法，消除機器人離線編程軟件中軟件環境與實際環境的偏差，提高機器人離線編程軟件的應用性。盡管機器人離線編程技術取得了豐碩的成果，但對于以上所述的機器人離線編程系統和方法，由于其應用成本、較強的技術性及軟件成熟度限制并沒有廣泛推廣到各型企業，限制了機器人技術的應用與發展。?

此外，以上系統或方法多數以直接輸出機器人可識別程序為目標。這對于機器人末端執行器為固定結構的情況較為適用，然而當末端執行器是具有一個或多個運動軸的機構時，終端執行器的運動納入到機器人控制系統中將增加系統控制的復雜性并失去應用的靈活性。在實際構建系統時常常采用模塊化結構設計，為機器人和終端執行器構建上層控制系統(機器人加工控制系統)，由上層控制系統分別控制機器人和終端執行器運動，這樣在更換終端執行器類型后，只需修改其接口及終端執行器模塊部分，因而更具普適性和擴展性。對于飛機裝配過程中的機器人制孔加工應用，基于這種機器人加工系統的控制模式，?離線編程與仿真系統僅需提供機器人運動路徑及完整的切削工藝，機器人加工控制系統解析加工程序，在機器人運動到位后調用終端執行器相應命令完成諸如刀具切削、冷卻、潤滑、在線位置與法矢修正等功能。?

發明內容