CN107297399B - 一种机器人自动寻找折弯位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了、一种机器人自动寻找折弯位置的方法，涉及机器人折弯的技术领域,包含以下步骤:步骤1、建立抓手工具坐标系；步骤2、确定后档值用户坐标系；步骤3、机器人抓手平移运动，并检测传感器状态；步骤4、机器人抓手执行旋转运动，并检测传感器状态，从而获取标准折弯位置。本发明实现了机器人自动寻找折弯位置，降低了示教难度，提高了折弯质量，尤其是在电梯行业，电梯门板折弯尺寸相同，但成型尺寸不同，只需要示教一种产品的程序，就能满足不同规格的电梯门板加工，减少了维护成本，提高了生产效率。

Description

一种机器人自动寻找折弯位置的方法

技术领域

本发明涉及一种机器人钣金折弯方法，具体说是一种机器人自动寻找折弯位置的方法。

背景技术

随着国内经济发展加速,为了响应中国制造2025的号召,越来越多的企业采用机器人替人的方式优化生产力，保证生产质量，提高生产效率。传统的钣金加工行业也加入了机器人大军行列，包括机器人搬运，折弯，剪板等等。然而机器人在折弯加工行业似乎遇到不小的麻烦，众所周知机器人大都采用示教再现的方式，由于折弯加工行业产品种类多，加工精度高，示教难度大等特点，阻碍了机器人在折弯行业的快速发展。

中国发明专利文件《一种机器人折弯放料位姿态的校正方法及其装置》(专利申请号：201410559512.1)公开了相关的技术，该方法需要在获取位置检测装置信息条件下，通过旋转矩阵和平移矩阵转换方可得到标准的折弯位置，该方法在一定程度上保证了折弯质量，但示教难度较大，尤其是产品种类较多时，根据不同的板料需要重新示教位置，否则将无法获取位置检测装置的信息，从而无法计算标准折弯位置。

发明内容

本发明的发明目的在于，克服现有技术存在的缺陷，提出了一种机器人自动寻找折弯位置的方法，能够提高折弯质量的同时，降低示教难度，减少了维护成本，提高了生产效率。

为实现发明目的，本发明提出的一种机器人自动寻找折弯位置的方法，包括以下步骤：

步骤1、建立机器人抓手工具坐标系(TX,TY,TZ)，TZ方向为机器人法兰末端的法向量，且正方向为法兰引出方向，TX方向与机器人X方向同向，按照右手法则，确定TY方向，坐标系原点O为法兰中心在TZ方向与抓取工件平面的交点，将机器人TCP(tool centreposition，工具中心点)由法兰中心平移到新建立的工具坐标系上。

步骤2、确定两个后档指各自的用户坐标系(X_A，Y_A,Z_A；X_B，Y_B,Z_B):

其中：X轴与折弯机下模具中心线M平行,Z轴与折弯机上模运动方向平行,且Z轴的正方向与上滑块下行运动方向同向，Y轴与X轴垂直，Y轴的正方向为后挡指指向折弯机下磨具方向，后档指的中心线与下模具边缘交点为该后档指用户坐标系的原点O；

步骤3、选择一个后档指用户坐标系，计算机器人在该用户坐标系下沿着X方向校正平移矩阵(两个用户坐标系X方向同向，所以这两个用户坐标系在X方向校正平移矩阵相同)因此校正平移矩阵T可以通过下面的公式来计算：

其中，p_x是机器人在用户坐标系下的平移距离。

按照所述校正平移矩阵，进行机器人抓手平移运动，在运动过程中实时获取后档指传感器信息，当检测到其中一个后档指传感器时停止机器人抓手平移运动，记录机器人当前位置姿态。

步骤4、判断后档指传感器信息状态，计算机器人抓手在被检测到后挡指传感器信息的后档指的用户坐标系的旋转矩阵，按照校正旋转矩阵，机器人抓手绕被检测到信息的后档指的用户坐标系原点做旋转运动。

若同时检测到两个后档指传感器的信息，则此时机器人抓手处于标准折弯位置；

若只检测到一个后档指传感器的信息，而未检测到另一个后档指传感器的信息，计算机器人在被检测到后挡指传感器信息的后挡指的用户坐标系的校正旋转矩阵，按照校正旋转矩阵，进行机器人抓手旋转运动，以检测到后档指传感器信息的后档指的用户坐标系原点为中心旋转机器人抓手，直到检测到另外一个传感器时停止机器人抓手旋转运动；此时机器人抓手处于标准折弯位置。

机器人抓手处于标准折弯位置时，机器人控制折弯上滑块动作，完成钣金折弯。

机器人抓取的待折弯工件的每一道边，均按照上述步骤1～4依次自动寻找标准折弯位置，机器人控制折弯上滑块动作，完成钣金跟随折弯。

前述的方法的步骤虽然以数字1～4作为标注，但不应将其视为对步骤先后顺序的限定，本领域技术人员根据本说明书记载的内容，清楚获知上述方法中的步骤的先后顺序可以相互调整。

本发明有益效果在于：1)一种机器人自动寻找折弯位置的方法，将复杂的示教工作简化，只需要大致的示教机器人放料点位置，机器人使用该方法便可自动寻找标准折弯位置，提高了折弯质量。2)对于一些折弯尺寸相同，成型尺寸不同的产品，机器人程序具有通用性，不需作任何修改，便可完成产品的加工，同时考虑到所述抓手与所述机床可能存在干涉，设定搜寻保护距离，增加安全性，降低了维护成本，提高了生产效率。

附图说明

图1所示为机器人建立工具坐标系，将机器人TCP点从法兰中心偏置到抓手中心。

图2所示为机器人建立两个后挡指用户坐标系。

图3所示为机器人放置折弯位置前点时机器人抓手当前的姿态。

图4所示为机器人抓手沿一个后挡指的用户坐标系A的Y方向执行平移矩阵后，检测到后挡指传感器12时机器人当前姿态。

图5所示为机器人抓手沿一个后挡指的用户坐标系A的Y方向执行平移矩阵后，检测到后挡指传感器22时机器人当前姿态。

图6所示为机器人抓手沿一个后挡指的用户坐标系A方向执行平移矩阵后，同时检测到后挡指传感器22和后挡指传感器12时机器人当前姿态。

图7所示为机器人通过自动寻找折弯位置的方法完成的电梯门板的折弯产品。

具体实施方式

结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明一种机器人自动寻找折弯位置的方法，包括以下步骤：

步骤1、参考图1所示，建立机器人抓手工具坐标系(TX,TY,TZ)，TZ方向为机器人法兰末端的法向量，且正方向为法兰引出方向，TX方向与机器人X方向同向，按照右手法则，确定TY方向，为法兰中心在TZ方向与抓取工件平面的交点，将机器人TCP由法兰中心平移到新建立的工具坐标系上。

步骤2、确定两个后档指各自的用户坐标系(X_A，Y_A,Z_A)，折弯机下模具中心线M为X_A方向,且X_A正方向由后档指11指向后档指21的方向同向,以折弯机上模运动方向为Z_A方向,且正方向与上滑块下行运动方向同向，通过右手法则确定Y_A方向，后档指的中心线位置与下模具边缘交点处为该后档指11用户坐标系的原点O_A，后档指21的用户坐标系的原点可通过11和21之间的间距d平移获得；由于后档指21相对后档指11的偏移方向是在Y_A正方向，后档指21相对后档指11的用户坐标系可通过下面的公式来计算：

T₂₁＝T₁₁T,其中，T₁₁是后档指11的用户坐标系，T₂₁是后档指21的用户坐标系。

是后档指21的用户坐标系相对于后档指11的用户坐标系的平移矩阵。

步骤3、计算机器人在用户坐标系11下沿着X_A方向校正平移矩阵(用户坐标系11和用户坐标系21在X_A方向同向，所以这两个用户坐标系在X_A方向校正平移矩阵相同)因此校正平移矩阵T可以通过下面的公式来计算：

其中，p_x是机器人在用户坐标系11下的平移距离。

按照所述校正平移矩阵，进行机器人抓手平移运动，在运动过程中实时获取后档指传感器信息，当检测到其中一个后档指传感器时停止机器人抓手平移运动，记录机器人当前位置姿态。

步骤4、图4，图5，图6为检测到传感器信息时机器人的姿态图。

当左右两个后挡指传感器(12，22)同时检测到信息时，此时机器人抓手位置即为标准折弯位置。机器人控制折弯上滑块动作，完成钣金折弯。

如果后挡指传感器12被检测到信息，而后挡指传感器22未被检测到信息，计算机器人在用户坐标系11的校正旋转矩阵：

其中，R_θ是和角度θ相关的3×3矩阵。θ是搜寻步长，是一个固定的角度，0＜θ≤45°。

其中cθ表示cos(θ)，sθ表示sin(θ)。

按照校正旋转矩阵，以该后档指的用户坐标系的原点为中心旋转机器人抓手，每次旋转θ角度的大小，直到检测到另外一个后挡指传感器22时，停止机器人抓手旋转运动。机器人控制折弯上滑块动作，完成钣金折弯。

如果后挡指传感器12未被检测到信息，而后挡指传感器22被检测到信息，与前述的方法相同，按照校正旋转矩阵，计算机器人用户坐标系21的校正旋转矩阵：

其中，R_θ是和角度θ相关的3×3矩阵。θ是搜寻步长，是一个固定的角度，-45°≤θ＜0。

其中cθ表示cos(θ)，sθ表示sin(θ)。

并按照校正旋转矩阵，以该后档指的用户坐标系的原点为中心旋转机器人抓手，直到检测到另外一个后挡指传感器12时，停止机器人抓手旋转运动。机器人控制折弯上滑块动作，完成钣金折弯。

本实施例中待折弯工件为电梯门板，共四道待折弯边，按照上述步骤1～4完成每一道自动寻找标准折弯位置，机器人控制折弯上滑块动作，完成跟随折弯，从而获得产品如图7所示。

Claims (1)

1.一种机器人自动寻找折弯位置的方法，包括以下步骤：

步骤1、建立机器人抓手工具坐标系(TX,TY,TZ)，TZ方向为机器人法兰末端的法向量，且正方向为法兰引出方向，TX方向与机器人X方向同向，按照右手法则，确定TY方向，坐标系原点O为法兰中心在TZ方向与抓取工件平面的交点，将机器人TCP由法兰中心平移到新建立的工具坐标系上；

步骤2、确定两个后档指各自的用户坐标系(X_A，Y_A,Z_A；X_B，Y_B,Z_B):

其中：X轴与折弯机下模具中心线M平行,Z轴与折弯机上模运动方向平行,且Z轴的正方向与上滑块下行运动方向同向，Y轴与X轴垂直，Y轴的正方向为后挡指指向折弯机下模具方向，后档指的中心线与下模具边缘交点为该后档指用户坐标系的原点O；

步骤3、选择一个后档指用户坐标系，计算机器人在该用户坐标系下沿着X方向校正平移矩阵：

其中，p_x是机器人在用户坐标系下的平移距离；

按照所述校正平移矩阵，进行机器人抓手平移运动，在运动过程中实时获取后档指传感器信息，当检测到其中一个后档指传感器时停止机器人抓手平移运动，记录机器人当前位置姿态；

步骤4、判断后档指传感器信息状态，计算机器人抓手在被检测到后挡指传感器信息的后档指的用户坐标系的旋转矩阵，按照校正旋转矩阵，机器人抓手绕被检测到信息的后档指的用户坐标系原点做旋转运动：

若同时检测到两个后档指传感器的信息，则此时机器人抓手处于标准折弯位置；

若只检测到一个后档指传感器的信息，而未检测到另一个后档指传感器的信息，计算机器人在被检测到后挡指传感器信息的后挡指的用户坐标系的校正旋转矩阵，按照校正旋转矩阵，进行机器人抓手旋转运动，以检测到后档指传感器信息的后档指的用户坐标系原点为中心旋转机器人抓手，直到检测到另外一个传感器时停止机器人抓手旋转运动；此时机器人抓手处于标准折弯位置。