[发明专利]一种基于工件模型的机器人作业任务生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种基于工件模型的机器人作业任务生成方法。

背景技术

机器人作业任务的生成，一般是从待加工工件的CAD模型获得机器人运动轨迹数据，然后利用智能编程由后台程序自动生成机器人作业文件。一般的思路为先建立仿真三维空间，用于显示工件和机器人的模型，同时提供用户设置机器人运动位姿的方式。现有的机器人作业任务生成方法多是采用一种直观的解决方案：使用成熟的三维CAD软件如AutoCAD、SolidWorks等软件提供的三维场景，并针对几种固定的机器人编写运动学算法求解机器人运动数据。然而，这种方案存在以下缺点：①支持的机器人种类非常有限；②CAD软件对计算机性能要求高，运行耗时长；③使用第三方平台开发会导致软件开放度不高。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明针对工业机器人的作业任务，提供一种基于工件模型的机器人作业任务生成方法，能够在人机交互性较强的三维仿真空间中提供一种更加高效和灵活的机器人作业任务。

技术方案：为实现上述目的，本发明中基于工件模型的机器人作业任务生成方法，通过从待加工工件的CAD模型中提取加工轨迹数据，再利用三维仿真空间，根据加工轨迹数据设置机器人的运动位姿，再利用机器人的运动位姿数据通过机器人运动学方程求解获得机器人的运动数据，最后根据运动数据生成作业文件。具体包括以下步骤：

(1)获取工件模型中的加工轨迹数据

本发明中采用的工件模型是CAD的数据交换文件，即DXF文件，由于DXF文件中的数据可以ASCII码形式呈现，采用高级程序语言C++对DXF文件中的实体段中的信息进行解析可以获得所需的加工轨迹数据。在获得的加工轨迹数据中有直线，圆和圆弧的原始数据，其中直线为二维图元，存在于世界坐标系中，不需要经过坐标系转换即可使用。三维图元(如圆和圆弧)存在于对象坐标系中，此类轨迹需要进行坐标系间的转换而生成世界坐标系中的数据。由于后续进行数据显示时采用了OpenGL提供的轨迹显示方式，所以需要将世界坐标 系WCS中的轨迹数据进行插补，以获得可以在世界坐标系中进行显示的轨迹类型。

(2)建立三维仿真空间，使用虚拟现实建模语言建立待加工工件和机器人的三维实体模型并在三维仿真空间中显示，利用所述插补后的加工轨迹数据在三维仿真空间中显示待加工工件的三维轨迹，根据所述待加工工件的三维轨迹设置机器人的运动位姿。

在获得加工轨迹数据在世界坐标系WCS中的数据后，需要建立三维仿真环境以对轨迹进行显示，有利于高效设置机器人的运动轨迹。三维仿真空间是在计算机上生成作业文件的基础，仿真环境的首要任务显示仿真机器人和工件的三维实体模型以提供运动的实体和目标。三维场景模块是以开源软件库OpenGL为基础进行开发的，本发明中通过调用OpenGL提供的一系列三维场景建立功能在计算机上生成三维场景，使用C++编写的程序不仅可以显示机器人和工件的三维实体模型，而且可以将获得的运动轨迹进行显示。本发明中采用虚拟现实建模语言(Virtual Reality Modeling Language，即VRML)对建立机器人和待加工工件的三维实体模型并进行渲染，VRML是一种标准的语言，其模型的各参数均可用程序语言进行读取并显示；使用OpenGL中提供函数接口在三维场景中显示机器人的运动轨迹。

运动位姿包括位置和姿态，其中位置通过目标轨迹体现，本发明中提出了一种灵活且高效地设置机器人运动的目标轨迹和姿态的方式。机器人运动目标轨迹的设置通过选择三维仿真环境中现有轨迹实现，但是由于计算机呈现的二维平面在选择三维空间中的轨迹时需要进行平面的切换，操作十分复杂。本发明中选择轨迹的方式具体实现为通过将OpenGL中的三维轨迹转换为Windows平面上的二维轨迹，然后，在程序中读取鼠标的实时位置，通过鼠标与二维轨迹的距离远近来给轨迹显示不同的颜色，用户可在轨迹颜色改变后点击鼠标从而确定选择该二维轨迹。最终，将二维轨迹转换为OpenGL中的三维轨迹，即可获得机器人运动的目标轨迹，这大大降低了用户选择轨迹的复杂度。