[發(fā)明專利]一種開源切片路徑規(guī)劃機器人電弧增材制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110331311.6
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN112936292B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉美紅;洪恩航;黎振華
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J11/00
• 代理公司: 昆明同聚專利代理有限公司 53214
• 代理人: 王遠同

本發(fā)明公開一種開源切片路徑規(guī)劃機器人電弧增材制造方法，屬于先進制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述方法針對現(xiàn)有電弧增材制造系統(tǒng)基于減材制造G代碼進行切片和路徑規(guī)劃的不足，使用開源切片和路徑規(guī)劃軟件，實現(xiàn)三維模型的分層切片和增材制造路徑規(guī)劃，獲得分層切片代碼；然后通過自主編程，讀取開源軟件輸出的分層切片和路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)，通過坐標變換和代碼編譯，轉(zhuǎn)換為機器人控制代碼，實現(xiàn)復雜零件的電弧增材制造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種開源切片路徑規(guī)劃機器人電弧增材制造方法，屬于先進制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

電弧增材制造是一種以金屬焊絲為材料，以電弧為熱源，依據(jù)三維模型分層切片數(shù)據(jù)逐層熔化、凝固堆積制備成形件的增材制造方法；其成形制造的核心是在對三維模型分層切片基礎(chǔ)上，合理規(guī)劃焊槍運動路徑，實現(xiàn)焊接參數(shù)的有效控制。

現(xiàn)有的機器人電弧增材方法通過改造數(shù)控加工G代碼，將刀具進給軌跡改變?yōu)楹笜屵\動軌跡實現(xiàn)增材。但數(shù)控加工G代碼為自上而下的銑削減材制造路徑，與自下而上的增材制造過程完全相反，坐標反轉(zhuǎn)后仍然給電弧增材制造路徑規(guī)劃與控制帶來嚴重不便，其內(nèi)部填充路徑規(guī)劃存在先天缺陷，限制了電弧增材系統(tǒng)的應用和發(fā)展。

而現(xiàn)有的零件分層切片和增材制造路徑規(guī)劃軟件雖然克服了數(shù)控加工G代碼的先天性缺陷，但都基于笛卡爾正交坐標系，其代碼無法直接應用于機器人控制實現(xiàn)機器人運動軌跡控制和電弧增材。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的的目的在于提供一種開源切片路徑規(guī)劃機器人電弧增材制造方法，該方法首先使用開源軟件實現(xiàn)零件三維模型的分層切片和增材制造路徑規(guī)劃，并輸出txt格式代碼；然后通過自主編程，在讀取識別輸出的分層切片和路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進行坐標轉(zhuǎn)化和編譯，并輸入到工業(yè)機器人和弧焊電源控制器，實現(xiàn)機器人增材制造路徑控制、機器人運動參數(shù)和焊接參數(shù)設(shè)置，完成零件的電弧增材制造，具體包括以下步驟：

（1）開源切片與路徑規(guī)劃：零件三維模型使用開源切片軟件Cura進行切片和路徑規(guī)劃，最終獲得二維3D打印的離散切片和路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)，并輸出txt格式的代碼；這一代碼無法直接被工業(yè)機器人使用，需要進行坐標轉(zhuǎn)換和編譯。

（2）坐標拾取與數(shù)據(jù)鏈生成和代碼編譯：使用文本挖掘編程實現(xiàn)開源切片軟件輸出的離散切片和路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)txt文件的讀取，拾取二維坐標點，在原始數(shù)據(jù)為二維坐標點的基礎(chǔ)上，通過設(shè)置Z軸，將坐標點擴展至三維；三維坐標點依次排列，制成雙向循環(huán)鏈表，獲得機器人能夠識別的增材制造路徑代碼，最終實現(xiàn)坐標轉(zhuǎn)換及機器人控制代碼編譯。

（3）將編譯后的代碼輸入工業(yè)機器人和弧焊電源控制器，實現(xiàn)工業(yè)機器人運動軌跡、運動參數(shù)和焊接參數(shù)的控制。

本發(fā)明步驟（2）所述坐標拾取與數(shù)據(jù)鏈生成和代碼編譯的具體過程為：

當當前層數(shù)≤設(shè)定的總層數(shù)，進入當前層入口，設(shè)置起弧命令，拾取二維坐標點，在原始數(shù)據(jù)為二維坐標點的基礎(chǔ)上，通過設(shè)置Z軸，將坐標點擴展至三維，三維坐標點依次排列，制成雙向循環(huán)鏈表，獲得機器人能夠識別的增材制造路徑代碼和工藝參數(shù)，設(shè)置熄弧命令，寫入Rapid代碼，進入下一層，不斷重復該過程；

當當前層數(shù)＞設(shè)定的總層數(shù)時關(guān)閉并保存寫入的文件，導入機器人控制器，控制機器人運動與焊機運行。

本發(fā)明所述工業(yè)機器人提供通過手動模式、自動模式和手動+自動模式設(shè)置，為電弧增材制造過程操作和工藝優(yōu)化提供方便；其中，手動模式實現(xiàn)輸入部分軟件參數(shù)的堆積成形，堆積一層結(jié)束后工業(yè)機器人停止運行并回到安全位置，用于成形件當前層的質(zhì)量評價和焊槍位置優(yōu)化。收到觸發(fā)指令后可以進行下一層電弧成形；自動模式是在軟件設(shè)置完整參數(shù)后，直接讀取路徑代碼并啟動電弧增材過程，直至打印結(jié)束；手動+自動混合模式可以在完整參數(shù)條件下待一層堆積結(jié)束后暫停運行，收到觸發(fā)指令后繼續(xù)進行電弧增材過程直至結(jié)束當前層打印。

本發(fā)明的有益效果：