[發明專利]一種離線編程中的復雜曲面加工軌跡生成方法

有效

• 申請號: 202010110645.6
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111230880B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 呂紅強;舒馳;劉俊;韓九強;鄭輯光
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種離線編程中的復雜曲面加工軌跡生成方法，利用基于STEP標準的NURBS復雜曲面軌跡生成算法生成軌跡，并進行軌跡的可視化；動畫仿真前，利用機器人運動學算法預先對生成的軌跡點檢測，檢測出不可達、軸超限、跳變點等異常點；再利用軌跡姿態修正模塊修正異常點，直到所有軌跡點正常，最后利用計算機圖形學進行動畫仿真，后置代碼轉換到真機運行。本發明針對機器人加工復雜曲面問題，人工示教工作量大，難度高，效率低等問題給出了一個系統解決方法，具有精度高，速度快，通用性強，仿真可視化效果好的特點，可以廣泛適用于復雜曲面加工環境，同時提出的復雜曲面軌跡生成算法精度高，魯棒性強。

技術領域

本發明屬于智能制造和工業機器人離線編程領域，特別涉及一種離線編程中的復雜曲面加工軌跡生成方法。

背景技術

在實際工業制造過程中，工業機器人因其通用性強、靈活度高、占地面積小和工作范圍大的特點在越來越來越多應用場景下代替人工，離線編程技術也飛速發展，代替了低效率、低精度、耗時長傳統示教編程，但是在許多復雜場景下，離線編程技術還受到限制。像工業生產中常見的葉輪機葉片研磨拋光、汽車表層噴涂以及一些工藝品制造的雕刻都涉及到復雜曲面的加工，而這類加工軌跡主要通過示教編程的方式獲得，不僅效率低下，復雜度高，精度低，而且浪費了大量的人力成本。對于復雜曲面加工這類高精度的生產需求，往往需要高精度的復雜曲面軌跡生成技術，這類技術可以通過加工對象的三維模型提取出相應的幾何信息與拓撲信息，并且根據實際生產需求，利用相關的曲面軌跡生成算法自動地生成機器人的加工路徑，可以很好地滿足這種復雜且精度高的加工任務。

發明內容

為了克服現有離線編程技術在復雜曲面加工需求下的不足，本發明的目的在于提供一種離線編程中的復雜曲面加工軌跡生成方法，實現多種工業場景下高精度的復雜曲面軌跡加工。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種離線編程中的復雜曲面加工軌跡生成方法，包括：

步驟1：利用復雜曲面軌跡生成算法初步生成機器人加工軌跡；

步驟2：對步驟1中生成的機器人加工軌跡進行檢測，找出機器人運動學中的異常點；

步驟3：對步驟2中找出的異常點進行修正；

步驟4：利用多線程技術進行對異常點修正后的加工軌跡在離線編程軟件中進行虛擬仿真；

步驟5：仿真成功后進行后置代碼轉換到真實環境中運行。

所述步驟1中，利用基于STEP標準的NURBS復雜曲面軌跡生成算法初步生成機器人加工軌跡，包括如下子步驟：步驟1.1：獲取待加工曲面，其屬于基于STEP標準的NURBS曲面；步驟1.2：提取所述待加工曲面的幾何信息及拓撲信息；步驟1.3：定義約束面、原點坐標、法向正方向、參數范圍以及初始平移的間距，采用基于曲率的截面法生成待加工曲面所有軌跡點的位置坐標；步驟1.4：對軌跡點進行插補，得到軌跡的姿態信息，用歐拉角表示；步驟1.5：按照加工次序連接所有生成的軌跡點，并設置軌跡點的運動模式，將第一個軌跡點的運動模式設計為關節空間運動“MOVJ”，其余軌跡點的運動模式設置為笛卡爾空間直線運動“MOVL”。

所述步驟1.2中，先提取實體信息，然后再提取幾何信息和拓撲信息，其中實體信息的提取步驟如下：步驟1.2.1：讀取STEP模型文件中一行的字符串；步驟1.2.2：判斷是否含有字符“#”，如有則至步驟1.2.3，否則執行步驟1.2.5；步驟1.2.3：采用字符串分割算法分割當前字符串，每行的字符串均進行分割，分割的具體步驟如下：