[发明专利]一种弯管机器人轨迹控制及成形加工方法

说明书

本发明公开了一种弯管机器人轨迹控制及成形加工方法，通过预先建立的回弹控制方程并根据零件三维模型进行直观编程的控制算法，从而实现了弯管机器人在成形管材之前可以直接基于管材三维模型的空间坐标进行简单编程，不仅解决了机器人弯管过程中编程解算过程较为复杂的问题，还解决了管材成形后由于计算累积误差和回弹引起的精度不高的问题。

技术领域

本发明属于机器人弯管成形加工技术领域，具体涉及一种弯管机器人轨迹控制及成形加工方法。

背景技术

弯管机器人成形技术是一种基于数控绕弯技术、机器人控制技术以及金属塑性成形技术之上所形成的一种柔性无模成形技术，如图1所示，该技术相较于传统的数控绕弯技术，其系统的自由度更高，占地面积更小，且无需安装庞大的机身，只需在机器人手臂末端加装弯管末端执行器(主要包括：弯曲机构、夹紧机构以及导向机构)，通过末端执行器上弯曲模与夹紧块的夹持与转动，并协同机器人手臂的平移进给运动，就可以实现管材的弯曲成形。因此，弯管机器人不仅可以承担传统简单的物料搬运任务，还可利用自身的高柔性特点完成很多复杂管件的弯曲操作。

由于弯管机器人成形技术其特殊的加工方式，原始管材被外部夹持机构夹紧，末端执行器在机器人的控制下对原始管材进行弯曲成形，因此该种成形方式对机器人的点位控制以及末端执行器的姿态控制具有较高要求。

而经过对现有的弯管机器人成形技术的检索发现：目前在机器人弯管成形加工技术领域，原始管材加工都从端部往内加工，这就导致弯管机器人成形算法需要从原始管材的加工端部开始解算，这种编程方式不是一种直观的编程，需要根据零件的几何特征进行反向解算，且解算的参数较多，如专利CN111659780A公开的一种机器人弯管加工方法，但该方法为典型的从端部开始加工的思路，需要对每一次弯曲角度、每一次弯曲方向以及每段直段进给距离进行计算，且每次计算要根据上一次的计算结果进行推算，这就导致计算误差的不断累计，使得最终成形得到的零件尺寸偏差较大。此外，弯管机器人成形过程中，管材发生回弹是无法消除的，因此从管端向内弯曲成形，每一弯曲段都会产生回弹，这样每一段的回弹累计起来也会使得整体零件尺寸发生较大偏差。因此目前缺少一种可以根据零件三维模型进行直观编程的控制方法，且保证每一次弯曲都会进行位置校核，以保证最终零件的尺寸精度。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种弯管机器人轨迹控制及成形加工方法，以解决机器人弯管过程中解算过程复杂以及管材成形后由于计算误差和回弹引起的精度不高的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种弯管机器人轨迹控制及成形加工方法，包括如下步骤：

(1)建立回弹控制方程，通过该方程来控制弯管机器人每次的弯曲角度；

(2)建立工件三维模型，根据右手定则将固定的工件坐标系O₁X₁Y₁Z₁设定在管端夹紧位置，将工具坐标系O₂X₂Y₂Z₂设定在末端执行器弯曲模口中心位置，并记录下工件三维模型上首尾坐标、各弯曲段的切点坐标以及各弯曲段的实际弯曲角度β；

(3)根据(2)中获取的参数坐标及弯曲角度对弯管机器人各成形参数进行解算，包括进给距离、控制点位坐标以及末端执行器姿态控制角；

(4)弯管机器人成形时，首先弯管机器人根据控制点位所对应的姿态控制角θ_x，θ_y，θ_z来控制末端执行器的进入姿态，然后弯管机器人根据控制点位坐标将末端执行器送到指定位置并夹紧管材，最后弯管机器人根据计算出的控制点位所对应的进给距离带动弯曲末端执行器沿着工具坐标系O₂Z₂轴负方向以进给速度v进行平移运动，同时弯曲模绕弯曲中心以旋转速度ω带动管材进行弯曲成形；