[发明专利]基于RoboDK的多机械臂协同离线编程方法

权利要求书

1.一种基于RoboDK的多机械臂协同离线编程方法，具体步骤如下：

步骤1：导入模型，建立坐标系，完成平台搭建；

在RoboDK可视化界面中导入机械臂，末端执行器，加工工件的3D模型，配置机械臂的DH参数来建立完整的机械臂仿真模型，对各模型建立基坐标系并搭建父/子坐标系树，完成多机械臂协同仿真工作站搭建；

步骤2：确定协同运动类型，规定主/从机数量，分配主/从机任务；

首先根据实际的加工处理需要分析任务需求，根据单个机械臂末端执行器的相对运动把多机械臂协同运动分为三种类型，并行协同，耦合同步协同和组合同步协同；根据以上协同运动定义，结合任务要求来分配主机械臂和从机械臂的相应工作任务；

步骤3：完成机械臂运动学分析，根据协同运动类型规划运行路径；

根据机械臂固有参数，完成各机械臂运动学分析，依据机器人运动学的正解方程求出机械臂末端坐标系到基坐标系的变换关系，对耦合同步协同和组合同步协同类型规划运动轨迹；

步骤4：利用步骤3的路径规划策略规划协同路径并结合RoboDK-API函数编写协同控制程序，为各机械臂的运行程序开辟控制线程，实现同步协同控制；

首先调用RoboDK-API接口函数，获取各机械臂和工件的基坐标和末端执行器的姿态信息；完成机械臂相关运动学求解；设定各类协同任务开始执行的坐标点M；根据加工需要编并结合步骤3的协同路径规划策略编写主/从机械臂的运行代码；完成多机械臂仿真程序运行多线程时各机械臂间通信数据的互锁函数和同一时间轴下各机械臂同步等待函数的编写；为每个机械臂运行程序开辟独立线程；编写协同任务完成后的退出程序，设置停止信号；

步骤5：运行机械臂协同控制程序，根据仿真界面检测碰撞和各机器人运行路径偏差情况；

在运行仿真程序时，通过RoboDK可视化界面显示机械臂协同运行时出现的碰撞区域，输出碰撞区域的位置信息；显示各机械臂仿真运行路径，输出各机械臂运行时的完整运行曲线段；

步骤6：根据步骤5运行情况调整步骤3的规划路径并在步骤4中完成相应的代码修改，最终实现较好的运行效果；

根据步骤5中输出的碰撞区域位置信息和运行路径的位置信息，确定机械臂之间的碰撞程度；对碰撞程度较严重的区域重新规划该段路径；对碰撞程度较轻的区域,通过对该段路径上的离散点加权的方式修改运行路径；

步骤7：编写并运行后置处理器脚本，把多机械臂协同控制的仿真程序转化为机械臂实际可执行代码并输出；

编写后置处理器程序，完成RoboDK与实际机器人的通讯程序；调用实际机器人运行命令库和RoboDK-API函数库，根据实际机械臂控制命令与仿真程序的控制命令之间的对应关系，结合实际机器人和RoboDK中仿真机器人之间的比例关系，把两者的控制命令整理成完整的对应关系；根据编写的后置处理器程序把完成步骤6后得到的仿真程序输出为实际机械臂可执行程序，通过此功能可以直接把仿真实验成果投入到实际机械臂操作中。

2.根据权利要求1所述的基于RoboDK的多机械臂协同离线编程方法，其特征在于，所述步骤1中坐标系树的建立步骤如下：首先对要导入到RoboDK可视化界面中的机械臂，末端执行器，加工工件进行坐标从属关系分析，建立一个世界坐标系作为该工程的基坐标系，在世界坐标系的子目录下为每个机械臂建立基坐标系，在机械臂子目录下建立末端执行器坐标系，最后在末端执行器子目录下建立待加工工件坐标系，最终完成加工平台搭建。

3.根据权利要求1所述的基于RoboDK的多机械臂协同离线编程方法，其特征在于，所述步骤2中对协同运动类型划分的具体方法如下：通过规避机械臂关节空间中复杂的协同运动笛卡尔轨迹，从笛卡尔空间中机械臂之间的协作入手；并行协同类型不存在机械臂之间的位置或方向限制；耦合同步协同中，所有机械臂在同步点t₀作为强制同步开始时间，所有机械臂同时执行相同的线或圆弧运动，且在主从末端执行器之间不存在相对运动，主要用于负载分担任务；在组合同步协同中，所有机械臂在同步运动周期△t运行相同的时间，主机械臂执行基本的直线运动或圆弧运动，而从机械臂相对于主机械臂的末端执行器执行不同的运动块，在主机械臂的基本运动上产生一个叠加运动。

4.根据权利要求1所述的基于RoboDK的多机械臂协同离线编程方法，其特征在于，所述步骤3中对协同运动路径规划的具体方法如下：针对耦合同步协同，考虑两个机械臂(主/从机)，每个具有n个关节，处理超过任何单个机械臂有效载荷能力的大体积刚体对象；为了移动物体，两个机械臂末端执行器在两个特殊点抓取物体；识别这样的运动为耦合同步运动，主从末端执行器之间的相对位置/方向为常量；^mbP_m(t)∈R^4×4为在时间t时，主机械臂在主机械臂基坐标系下的位姿，^sbP_s(t)∈R^4×4为在时间t时，从机械臂在从机械臂基坐标系下的位姿，^mbP_m(0)为在时间t＝0时，主机械臂在主机械臂基坐标系下的位姿；^sbP_s(0)为在时间t＝0时，从机械臂在从机械臂基坐标系下的位姿；由方程

^sbP_s(t)＝^sbP_s(0)·(^mbP_m(0))^-1·^mbP_m(t)

可以通过主机械臂运动轨迹^mbP_m(t)(位姿的离散点组成)和耦合同步协同运动开始时间的位姿^mbP_m(0)来唯一确定从机的运动轨迹^sbP_s(t)(位姿的离散点组成)；

针对组合同步协同，预先设定主机械臂的运动轨迹，而从机械臂运动轨迹根据加工要求而定，主从机械臂之间的协同运动约束为时变约束；^sbH_mb是从主机的基坐标系转移到从机基坐标系的转移矩阵，^meP_s(t)为主机械臂末端执行器坐标系下的加工要求，也是主机械臂末端执行器坐标系下的从机运动轨迹；由方程

^sbP_s(t)＝^sbH_mb·(^mbP_m(t))^-1.^meP_s(t)

得到组合协同运动中主机与从机位姿的完整约束，从而完成主机与从机的完整路径规划。