[发明专利]机器人激光切割路径的计算方法及其应用

摘要

本发明公开了一种机器人激光切割路径的计算系统，它按照以下步骤顺序进行：1）建立激光切割硬件设施；2）基础变换矩阵的建立；3）切割变换矩阵的建立；4）确定切割点激光入射偏移角度；5）建立每个产品切割点在每个角度变化下的机器人逆运动学方程；6）确定所有切割点对应的机器人机械臂角度变化最小值，采用在产品切割点的法向方向设置倾斜角度，对于外周形状不规则的待切割物品，能够保证切割出的产品具有光滑的边缘。应用于牙套的切割，能够使得牙套的边缘光滑，人体佩戴时具有舒适的效果。本发明适用于机器人激光切割路径的计算，尤其适用于机器人激光切割牙套。

主权项

1.一种机器人激光切割路径的计算方法，其特征在于它按照以下步骤顺序进行：1)建立激光切割硬件设施机器人激光切割机包括底座(11)，串联在其上连续的N个机械臂(12)，机械臂自由末端的抓取工装(13)以及激光器(14)；2)基础变换矩阵的建立建立激光坐标系(1)，该坐标系原点为激光在产品上的入射点，激光坐标系在机器人坐标系(2)下的位置及姿态可以用一个4×4的旋转变换矩阵Qlaser2base表示:其中：为激光坐标系(1)在机器人坐标系(2)下的位置,其中，p_x,p_y,p_z为该位置在x,y,z轴方向的分量；为激光坐标系(1)在机器人坐标系(2)下的姿态，其中，n_x,n_y,n_z为该姿态的X轴方向的x,y,z轴方向的分量；o_x,o_y,o_z为该姿态的Y轴方向的x,y,z轴方向的分量；a_x,a_y,a_z为该姿态的Z轴方向的x,y,z轴方向的分量；建立产品坐标系(3)，其相对于机械臂自由末端的TCP坐标系(5)的位置及姿态可以用一个4×4的旋转变换矩阵Qplate2TCP表示，其中，TCP即为机器人机械臂自由末端的位置；其中：为产品坐标系(3)在TCP坐标系(5)下的位置,其中，p_x,p_y,p_z为该位置在x,y,z轴方向的分量；为产品坐标系(3)在TCP坐标系(5)下的姿态；其中，n_x,n_y,n_z为该姿态的X轴方向的x,y,z轴方向的分量；o_x,o_y,o_z为该姿态的x,y,z轴方向的分量；a_x,a_y,a_z为该姿态的Z轴方向的x,y,z轴方向的分量；3)切割变换矩阵的建立获得待加工产品的三维数据，并从中提取出产品坐标系(3)下的切割路径点P1、P2、P3、……、Pn，以及对应的切割点法线方向N1、N2、N3、……、Nn；根据激光切割路径点和切割点法线方向建立局部坐标系(4)，以该局部坐标系的原点为激光切割点，坐标系相对于产品坐标系(3)的位置及姿态可以用一个4×4的旋转变换矩阵Qobj2plate表示：其中：为每个切割点局部坐标系(4)在产品坐标系(3)下的位置，其中，p_x,p_y,p_z为该位置在x,y,z轴方向的分量；为切割点局部坐标系(4)在产品坐标系(3)下的位姿态，其中，n_x,n_y,n_z为该姿态的X轴方向的x,y,z轴方向的分量；o_x,o_y,o_z为该姿态的Y轴方向的x,y,z轴方向的分量；a_x,a_y,a_z为该姿态的Z轴方向的x,y,z轴方向的分量，并且所述的Z轴方向即为切割点的法向方向；4)确定切割点激光入射偏移角度设定切割入射初始方向为每个切割点的法向方向，绕偏移产品局部坐标系(4)的x、y、z轴旋转角度Rx、Ry、Rz，最终确定切割点激光入射偏移角度QRot，对应的角度旋转矩阵为：QRot＝QRz·QRx·QRy；式Ⅰ5)建立每个产品切割点在每个角度变化下的机器人逆运动学方程根据机器人的D‑H参数，计算对应的机械臂可到达角度{qi,j}，其中，qi，j表示产品的第i个切割点位置对应的机器人第j个机械臂的角度；机器人逆运动学方程为：其中，j≥1；其中为机器第j个机械臂相对于第j‑1个机械臂的旋转矩阵：其中，θj，αj，dj和aj为机器人D‑H参数，θj为机械臂之间的夹角，包含qi，j；αj为机械臂扭转角；dj为机械臂之间的距离；aj为机械臂长度；上述参数代入式Ⅱ中即可计算每个激光切割点对应的机器人机械臂角度值qi，j，i≥2；j≥1；6)确定所有切割点对应的机器人机械臂角度值变化最小每个产品切割点计算对应的机器人机械臂角度值，使得所有切割点机械臂角度变化最小，即满足：其中，i≥2；j≥1。