[發(fā)明專利]一種彎管機(jī)器人軌跡控制及成形加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110427742.2
• 申請(qǐng)日: 2021-04-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113351704B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭碩;劉春梅;郭訓(xùn)忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B21D7/06
• 分類號(hào): B21D7/06;B21D7/12;G06F17/11;G06F17/15
• 代理公司: 北京恒創(chuàng)益佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11556
• 代理人: 付金豹

本發(fā)明公開(kāi)了一種彎管機(jī)器人軌跡控制及成形加工方法，通過(guò)預(yù)先建立的回彈控制方程并根據(jù)零件三維模型進(jìn)行直觀編程的控制算法，從而實(shí)現(xiàn)了彎管機(jī)器人在成形管材之前可以直接基于管材三維模型的空間坐標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單編程，不僅解決了機(jī)器人彎管過(guò)程中編程解算過(guò)程較為復(fù)雜的問(wèn)題，還解決了管材成形后由于計(jì)算累積誤差和回彈引起的精度不高的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人彎管成形加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種彎管機(jī)器人軌跡控制及成形加工方法。

背景技術(shù)

彎管機(jī)器人成形技術(shù)是一種基于數(shù)控繞彎技術(shù)、機(jī)器人控制技術(shù)以及金屬塑性成形技術(shù)之上所形成的一種柔性無(wú)模成形技術(shù)，如圖1所示，該技術(shù)相較于傳統(tǒng)的數(shù)控繞彎技術(shù)，其系統(tǒng)的自由度更高，占地面積更小，且無(wú)需安裝龐大的機(jī)身，只需在機(jī)器人手臂末端加裝彎管末端執(zhí)行器(主要包括：彎曲機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)以及導(dǎo)向機(jī)構(gòu))，通過(guò)末端執(zhí)行器上彎曲模與夾緊塊的夾持與轉(zhuǎn)動(dòng)，并協(xié)同機(jī)器人手臂的平移進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)管材的彎曲成形。因此，彎管機(jī)器人不僅可以承擔(dān)傳統(tǒng)簡(jiǎn)單的物料搬運(yùn)任務(wù)，還可利用自身的高柔性特點(diǎn)完成很多復(fù)雜管件的彎曲操作。

由于彎管機(jī)器人成形技術(shù)其特殊的加工方式，原始管材被外部夾持機(jī)構(gòu)夾緊，末端執(zhí)行器在機(jī)器人的控制下對(duì)原始管材進(jìn)行彎曲成形，因此該種成形方式對(duì)機(jī)器人的點(diǎn)位控制以及末端執(zhí)行器的姿態(tài)控制具有較高要求。

而經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有的彎管機(jī)器人成形技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)：目前在機(jī)器人彎管成形加工技術(shù)領(lǐng)域，原始管材加工都從端部往內(nèi)加工，這就導(dǎo)致彎管機(jī)器人成形算法需要從原始管材的加工端部開(kāi)始解算，這種編程方式不是一種直觀的編程，需要根據(jù)零件的幾何特征進(jìn)行反向解算，且解算的參數(shù)較多，如專利CN111659780A公開(kāi)的一種機(jī)器人彎管加工方法，但該方法為典型的從端部開(kāi)始加工的思路，需要對(duì)每一次彎曲角度、每一次彎曲方向以及每段直段進(jìn)給距離進(jìn)行計(jì)算，且每次計(jì)算要根據(jù)上一次的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行推算，這就導(dǎo)致計(jì)算誤差的不斷累計(jì)，使得最終成形得到的零件尺寸偏差較大。此外，彎管機(jī)器人成形過(guò)程中，管材發(fā)生回彈是無(wú)法消除的，因此從管端向內(nèi)彎曲成形，每一彎曲段都會(huì)產(chǎn)生回彈，這樣每一段的回彈累計(jì)起來(lái)也會(huì)使得整體零件尺寸發(fā)生較大偏差。因此目前缺少一種可以根據(jù)零件三維模型進(jìn)行直觀編程的控制方法，且保證每一次彎曲都會(huì)進(jìn)行位置校核，以保證最終零件的尺寸精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出了一種彎管機(jī)器人軌跡控制及成形加工方法，以解決機(jī)器人彎管過(guò)程中解算過(guò)程復(fù)雜以及管材成形后由于計(jì)算誤差和回彈引起的精度不高的問(wèn)題。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種彎管機(jī)器人軌跡控制及成形加工方法，包括如下步驟：

(1)建立回彈控制方程，通過(guò)該方程來(lái)控制彎管機(jī)器人每次的彎曲角度；

(2)建立工件三維模型，根據(jù)右手定則將固定的工件坐標(biāo)系O₁X₁Y₁Z₁設(shè)定在管端夾緊位置，將工具坐標(biāo)系O₂X₂Y₂Z₂設(shè)定在末端執(zhí)行器彎曲模口中心位置，并記錄下工件三維模型上首尾坐標(biāo)、各彎曲段的切點(diǎn)坐標(biāo)以及各彎曲段的實(shí)際彎曲角度β；

(3)根據(jù)(2)中獲取的參數(shù)坐標(biāo)及彎曲角度對(duì)彎管機(jī)器人各成形參數(shù)進(jìn)行解算，包括進(jìn)給距離、控制點(diǎn)位坐標(biāo)以及末端執(zhí)行器姿態(tài)控制角；

(4)彎管機(jī)器人成形時(shí)，首先彎管機(jī)器人根據(jù)控制點(diǎn)位所對(duì)應(yīng)的姿態(tài)控制角θ_x，θ_y，θ_z來(lái)控制末端執(zhí)行器的進(jìn)入姿態(tài)，然后彎管機(jī)器人根據(jù)控制點(diǎn)位坐標(biāo)將末端執(zhí)行器送到指定位置并夾緊管材，最后彎管機(jī)器人根據(jù)計(jì)算出的控制點(diǎn)位所對(duì)應(yīng)的進(jìn)給距離帶動(dòng)彎曲末端執(zhí)行器沿著工具坐標(biāo)系O₂Z₂軸負(fù)方向以進(jìn)給速度v進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)，同時(shí)彎曲模繞彎曲中心以旋轉(zhuǎn)速度ω帶動(dòng)管材進(jìn)行彎曲成形；