[发明专利]一种水火弯板智能机器人快速示教系统及方法

摘要

本发明提供一种水火弯板智能机器人快速示教系统，包括：机架组件，机头组件以及控制装置；机头组件设有火枪头和激光测量装置；上位机通过人机交互方式，获取用户输入的示教数据信息及火枪头和加工钢板之间的预设距离范围，并将示教数据信息传输至多轴运动执行单元；多轴运动执行单元根据获取的示教数据信息，控制机架组件和机头组件联动运行，通过控制机架组件的空间位置及机头组件的火枪头姿态，实现对钢板的线状加热成型；能够将烧板工人的经验最快最直接有效得教给机器人，让水火弯板智能机器人的每次烧板效果达到熟练工人的水平，使水火弯板机器人能够稳定，高效得投入生产，系统简单易用，开发成本低。 1

主权项

1.一种水火弯板智能机器人快速示教系统，其特征在于，包括：机架组件，设置在机架组件上的机头组件以及控制装置；

机头组件设有火枪头和激光测量装置；

控制装置包括：多轴运动执行单元，上位机；

所述上位机分别与所述多轴运动执行单元和激光测量装置连接，上位机用于通过人机交互方式，获取用户输入的示教数据信息及火枪头和加工钢板之间的预设距离范围，并将示教数据信息传输至多轴运动执行单元；

所述多轴运动执行单元分别与机架组件和机头组件电连接，多轴运动执行单元用于根据获取的示教数据信息，控制机架组件和机头组件联动运行，通过控制机架组件的空间位置及机头组件的火枪头姿态，实现对钢板的线状加热成型；

所述激光测量装置用于获取火枪头与钢板之间的预设距离数据信息，并实时测量火枪头和加工钢板之间的距离，将测量的火枪头和加工钢板之间的距离传输至控制装置，使控制装置通过多轴运动执行单元控制机架组件和机头组件联动运行，将火枪头和加工钢板之间的距离保持在预设距离范围内；

机架组件包括：两架并列设置的门字梁，横跨在两架门字梁之间，并分别与两架门字梁连接的水平横向梁，水平横向梁上设有竖直纵向梁，机头组件设置在竖直纵向梁的端部；

两架门字梁上分别设有X轴导引机构，水平横向梁分别搭设在X轴导引机构上，使水平横向梁沿着两架门字梁的X轴导引移动；水平横向梁设有Y轴导引机构，竖直纵向梁设有Z轴导引机构，水平横向梁与竖直纵向梁之间设有搭接部，搭接部分别设置Y轴导引机构和Z轴导引机构上，搭接部使竖直纵向梁带动机头组件沿着Y轴导引机构做水平移动，使竖直纵向梁带动机头组件沿着Z轴导引机构做升降移动；

机头组件包括：RX轴导引机构和RZ轴导引机构；

RX轴导引机构和RZ轴导引机构分别与火枪头连接，RX轴导引机构用于导引火枪头沿着竖直方向转动调整火枪头姿态，RZ轴导引机构用于导引火枪头沿着水平方向转动调整火枪头姿态；

所述上位机包括：数据处理模块；

所述数据处理模块用于根据用户输入的示教数据信息及火枪头和加工钢板之间的预设距离范围，计算火路数据；其中火路数据包括：加工火路的条数，每一条加工火路的点数，火枪头运动到加工点的速度值，每一个加工点的位置信息；每一个加工点的位置信息包含有X轴、Y轴、Z轴空间坐标数据信息，火枪头的姿态数据信息；将上述信息传输至多轴运动执行单元。

2.根据权利要求1所述的水火弯板智能机器人快速示教系统，其特征在于，

所述激光测量装置使火枪头和加工钢板之间的距离保持在35±3mm。

3.一种水火弯板智能机器人快速示教方法，其特征在于，方法包括：

S1:火路标记：将待加工的钢板放在加工平台上，并在待加工的钢板上标记加工火路；

S2:第一条火路起点至终点示教：用户通过上位机的人机交互方式，输入示教数据信息及火枪头和加工钢板之间的预设距离范围，并将示教数据信息传输至多轴运动执行单元，调整火枪头的姿态，使火枪头的姿态平行于第一条火路起点所在切平面的法向量，调整好姿态后，保存此时机架组件的起点坐标(X₀,Y₀,Z₀)，保存机头组件的RX₀轴状态信息，RZ₀轴状态信息；完成起点示教之后再进行第一条火路的终点示教，将火枪头开到待加工钢板的第一条火路终点上方，调整好火枪头的姿态，使火枪头的方向与第一条火路终点所在平面的法向量平行保存此时机架组件的终点坐标(X’,Y’,Z’)，保存机头组件的RX’轴状态信息，RZ’轴状态信息；

S3:生成第一条火路运动执行文件：根据第一条火路起点至终点的示教，自动计算第一条火路数据；其中第一条火路数据包括：加工火路的条数，每一条加工火路的点数，每一个加工点的位置信息，火枪头运动到加工点的速度值；

S4:重复上述步骤生成所有火路的运动数据；

S5:对钢板进行加工，加工状态下激光测量装置实时调整火枪头与钢板距离，火枪头与钢板距离偏差为Δh上位机根据测量出来的火枪头与钢板的距离偏差量，通过

Δz＝Δh×cos(RX)

Δx＝Δh×sin(RX)×sh(RZ)

Ay＝Ah×sin(RX)×cos(RZ)

分别转化成机架组件的X轴，Y轴，Z轴的运动偏移量Δx，Δy，Δz；

再通过多轴运动执行单元控制机架组件对三个轴偏移进行调整，调整后，火枪头与钢板的距离保持在预设距离范围，当加工过程中火枪头与钢板距离再次超过预设距离范围，重复上述调节过程根据偏差算出运动偏移量Δx，Δy，Δz，进行偏移调整。

4.根据权利要求3所述的水火弯板智能机器人快速示教方法，其特征在于，

步骤S3方法还包括：

S3.1生成第一条火路上每一个加工点的坐标数据，根据得到的起点坐标(X₀,Y₀,Z₀)和终点坐标(X’,Y’,Z’)，进行一个线性插补，经过插补第一条火路共有N点；其中第n(1<n<N)个加工点的坐标信息为(X_n,Y_n,Z_n)；

S3.2对线性插补的数据进行修正：第一次插补完成之后还要对每一个加工点的Z坐标进行一次修正：

再将这N个点的Z坐标进行修正，加上修补值(α*β*Δz)，其中α为板型系数，

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