[发明专利]一种工业机器人双NURBS曲线铣削轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种工业机器人双NURBS曲线铣削轨迹规划方法，主要包括：定义双NURBS曲线的控制点，权重，系数等参数，并设置刀具和待加工件的相应参数；根据曲面的形状和球头铣刀尺寸计算相应的切削点坐标，并对工业机器人关节进行逆运动学计算求解各个关节的运动量，生成工业机器人的加工程序，进而完成加工；本发明所述的工业机器人双NURBS曲线铣削轨迹规划方法在大尺寸、低切削力的加工过程中有可以代替数控机床，降低生产成本的优点。

背景技术

工业机器人则是一种面向工业生产领域的多关节机械手或多自由度的机械电子装置，它可以按照人们根据不同加工生产需要预先编制的程序自动重复执行工作，作为典型的数字机电一体化技术装备，工业机器人具有很高的附加技术值，应用范围广，对各行各业渗透很深，是先进制造业的支撑技术也是新兴产业，对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用，广泛采用工业机器人，产品的质量和产量将会有很大提升，而且可以很好的保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动效率，节省原材料损耗，降低生产成本，有着十分积极的意义。

工业机器人的编程方式按照操作方式的不同可以分为两种：示教编程(TeachingMethod)和离线编程(Off-Line Programming)，示教编程就是通过工业机器人的示教器记录程序位置，然后再现的编程方式，示教过程十分直观简便，目前我国大部分工业机器人的程序都采用这种方式编制；随着机器人在工业中应用的一步步加深，示教编程曝露出很多不足：

(1)示教编程过程繁琐，需要控制机器人移动并记录所有工作位置，当工作环境发生改变，就需要重新进行示教，无法适应目前生产要求；

(2)示教时需要操作人员控制机器人到达指定位置，难以保证精度；

(3)当机器人工作位置很多，或者姿态变化复杂时，示教操作难以进行。

示教编程一般应用于对精度要求不高的生产中，比如搬运，喷涂等，首先通过人工控制机器人的末端执行器运行这个工作流程，在运行中记录在每个变化点处的关节运动参数，之后让机器人按照记录的变化点，选择合理的插补方式，重复之前记录的轨迹，显然这种方式操作简便，即使初学者也能在短时间内掌握，但只能完成一些简单重复的工作，而本文所针对的是复杂NURBS曲面的加工，即使粗加工工序，加工表面也有上千个插补点，这种情况是示教编程根本解决的。

在复杂曲面的加工上，目前应用最多效果最好的应属五轴加工中心，五轴机床可以很好的解决复杂曲线曲面的加工问题，但是在一些对加工精度要求不高，并且加工材料硬度较低，尺寸较大的场合，虽然五轴机床可以很好的完成加工，但是五轴机床造价较高，维修不易，对于大多中小型企业难以承受。

目前的研究趋势表明，复杂曲面在工业中的应用将会越来越广泛，工业机器人技术也正在进行着快速的发展。在工业机器人的程序编制中，离线编程技术可以克服在线示教编程的诸多不足，将复杂曲面与机器人的离线编程结合，开发面向工业机器人的双NURBS曲线轨迹规划系统，能够更好的发挥NURBS和机器人的特点，扩大二者在工业中的实际应用范围，并可以减少相关企业在设备方面的投入。

发明内容

本发明的目的在于，针对工业机器人的双NURBS曲线加工，提出一种离线编程方法，以实现在工业机器人平台上加工双NURBS曲线。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案主要包括：

定义曲线参数，一条p次NURBS曲线定义为

式中，{P_i}为NURBS曲线的控制点集合，{w_i}为各控制点所对应的权重，{N_i,p(u)}为定义在非周期(非均匀)节点矢量(m+1个节点)上的p次B样条基函数，一般取k＝0,m＝1，并且控制点的权重始终为正。