工业机器人运动规划与性能测试系统技术方案

本实用新型专利技术是一种工业机器人运动规划与性能测试系统。包括：数据库模块、人机交互模块、喷枪轨迹规划模块、分析与显示模块、机器人作业指令生成模块、通信与接口模块，所述数据库模块实现喷涂机器人喷枪轨迹和关节变量及喷涂任务的存储；人机交互模块实现参数的输入和对其它模块的控制。喷枪轨迹规划模块用于在满足所有约束的前提下，规划出一条使喷涂效果最佳的喷枪轨迹，并求出该轨迹对应的关节变量；分析与显示模块实现喷涂机器人喷涂过程的仿真与分析；机器人作业指令生成模块实现喷涂机器人工作文件生成功能；通信与接口模块用于喷涂任务数据的导入和作业文件的上传下载。该实用新型专利技术编程速度快，准确度高，功能完善，通用性强，既可作为各种型号机器人的科学研究，又可用于实际喷涂作业系统的控制。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是一种工业机器人运动规划与性能测试系统，特别是一种喷涂机器人 运动规划与性能测试系统，属于工业机器人运动规划与性能测试系统的创新技术。
技术介绍
近年来，喷涂机器人由于喷涂周期短，精度高，效益好，可在恶劣的环境下长时间 工作等特点，在越来越多的喷涂场合得到应用。但到目前为止，还没有一个综合的喷涂机器 人运动规划与性能测试系统出现，传统的运动规划与性能测试系统一般采用示教编程，不 但繁琐，往往还需要先有样品才能示教。现有的工业机器人运动规划与性能测试系统一般 功能单一，不具备综合化的性能评估系统，尤其是在喷涂机器人应用领域，更是缺少专门的 系统平台。因此，开发一种基于计算机图形学，使得喷涂效果最优的喷涂机器人离线编程系 统已迫在眉睫。随着计算机图形学的发展，建立实际物体及周围环境的模型变得非常方便。喷涂 作业的对象一般是自由面，利用计算机图形学对这种表面的造型有多种方法=Bezier法， Coon/Ferguson法，B样条法，NUB (非均勻B样条)法，NURB (非均勻有理B样条)法及它 们之间的任意组合。这些方法各有自己的优点，Bezier法是以逼近为基础，利用控制多边 形或控制多面形来生成曲线或曲面，使得曲线和曲面的设计更容易。Coons(孔斯)曲面采 用分段曲线拼合来构造复杂曲线，采用可以是任意类型参数曲线的四条边界来构造曲面， 并且法林提出确定双三次混合孔斯曲面片边界跨界切矢量的方法。B样条法因其局部传播 性以及形状可控性突出，故使用广泛。获得实际物体模型的方法有多种，除了通过计算机图 形学直接造型外，还可以通过接口读取其他CAD系统的数据，或者通过扫描实物来获得模 型数据。轨迹规划无论在理论研究，还是在工程应用方面，都越来越成熟。以喷涂对象的几 何模型为基础，建立喷涂过程中漆膜厚度生长模型和评价喷涂效果的目标泛函，在满足机 器人运动学和动力学约束的前提下，求取目标泛函的极值，规划出使喷涂效果最佳的喷枪 路径，方向和速度。现有的插值方法有多种，如线性插值，拉格朗日插值，分段插值，三阶B 样条插值等，且都有成熟的算法，这为关节变量进行插值提供了方便。在大系统中，由于要调用和生成大量的数据，如何对这些数据进行有效的管理和 储存，成为了一个突出的问题。数据库的产生，为解决这一问题提供了一种很好的方法，通 过对系统建立专用的数据库，不但方便读取和存储数据，提高了系统的运行效率，而且方便 系统数据的管理和移植，增强系统的通用性。现有的数据库系统多而成熟，其中常用的有 IBM 的 DB2, Oracle, Informix, Sybase, SQL Server 禾口 Access 等。日本发那株式会社申请的中国技术专利(申请号200510088687.X)中提出 了一种加工程序生成装置，主要组成有离线编程装置，视觉传感器，机器人控制装置和通信 装置等。在离线编程装置中是制定工件形状的顶点，棱线端点作为示教点，生成加工路径， 从而生成加工程序，并通过视觉传感器获得的实际工件的位置姿态对程序进行修正，本质上该方法并没有脱离示教编程。上海交通大学申请的工业机器人离线编程系统(申请号 200710043744. 1)主要有文本编辑与代码转换模块，图形化校验模块，通信与远程控制模 块。所实现的功能主要是由G代码数控程序到Μ0Τ0ΜΑΝ机器人用的INF0RMII代码工作程 序的转换，生成Μ0ΤΑΜΑΝ机器人工作文件，并以三维图形进行仿真与校验。这种方法功能单 一，通用性不强，只能应用于特定型号的机器人，且缺少综合化的性能评估与分析系统。
技术实现思路
本技术的目的在于考虑上述问题而提供一种准确度高，生产效率高的工业机 器人运动规划与性能测试系统。本技术的技术方案是本技术的工业机器人运动规划与性能测试系统， 工业机器人运动规划与性能测试系统，其特征在于包括有用于实现模型数据和信息的存储 与管理的数据库模块、在运行过程中将所需各种参数的输入和对其它模块的控制的人机交 互模块、自动生成使喷涂效果最佳的喷枪轨迹的喷枪轨迹规划模块、图形化显示喷枪沿规 划路径喷涂时工件表面的涂覆情况，并以列表形式给出工件表面上漆膜的平均厚度及其偏 差数据的分析与显示模块、用于实现机器人工作指令的生成的机器人作业指令生成模块、 实现内部与外部之间的信息传输的通信与接口模块，用户通过人机交互模块向通信与接口 模块发出导入机器人或喷涂任务数据的控制指令后，通信与接口模块根据人机交互模块的 指令类型将外部的机器人模型或喷涂任务数据存入数据库模块中的对应子数据库中；根据 人机交互模块传递的轨迹规划方法、插值方法等控制信息和相对位置、喷枪开口角等参数， 再根据数据库模块传递的机器人模型和喷涂任务数据，完成轨迹规划；当人机交互模块向 分析与显示模块发出开始喷涂的控制指令时，分析与显示模块会将喷枪轨迹规划模块中得 到的关节变量调入，同时从数据库模块中读入机器人模型和喷涂任务数据，从人机交互模 块中获得相应的喷涂参数，进行喷涂过程的显示；在获得满意的喷涂效果后，人机交互模块 将向数据库模块发出存储关节变量的控制指令，将最佳喷涂效果对应的关节变量存入数据 库模块中；人机交互模块在人机交互模块向机器人作业指令生成模块发出生成机器人作业 指令的命令后，机器人作业指令生成模块调取数据库模块中的关节变量，完成作业指令的 生成，如果加入了新的机器人模型，通过人机交互模块输入的转换代码将自动加入到机器 人作业指令生成模块中；当人机交互模块向通信与接口模块发出下载代码指令时，机器人 作业指令生成模块生成的机器人作业指令将通过通信与接口模块和通讯电缆传递到机器 人控制器中。上述数据库模块包括喷涂任务数据库模块，喷涂机器人模型模块，喷涂轨迹数据 库模块，关节轨迹数据库模块，关节力矩数据库模块，喷涂任务数据库模块用于存放经过造 型后物体的CAD数据，或是通过接口读取的其他CAD系统的数据，也可以是通过扫描实物来 获得的模型数据，喷涂机器人模型模块用于存储用户通过接口导入的机器人模型数据，喷 涂轨迹数据库模块存储的是在满足约束条件的前提下喷涂效果最佳的喷涂轨迹，关节轨迹 数据库模块存放通过运动学求解得到的机器人各个关节不同时刻的转动角度，角速度和角 加速度或者是特征点经过不同的插值处理后所生成的关节轨迹，关节速度和角速度，关节 力矩数据库模块实现对机器人各个关节不同时刻关节力矩的存储。上述数据库模块包括数据库的管理菜单，管理菜单实现对数据库中不同对象的有效管理，包括添加，删除，修改，存储功能。 上述人机交互模块包括喷涂参数设置模块，控制模块和程序编辑模块。通过喷涂 参数设置模块，用户可以设置机器人参数，喷涂参数，轨迹规划和插值的方法，喷枪的开口 角、环境变量等参数，在控制模块中，用户可以通过菜单，控制是否运行作业指令生成模块， 是否将生成的指令代码文件通过通信与接口模块传送到机器人控制器中，及是否导入外界 喷涂任务和机器人模型数据，还可以通过点击菜单选项查看关节变量的曲线，程序编辑模 块是专为增加机器人作业语言编程规则而设计的开放接口，用户通过通信与接口模块导入 新的机器人型号，可以通过程序编辑界面，遵循该机器人型号对应语言的语法规则，添加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业机器人运动规划与性能测试系统，其特征在于包括有机器人控制器、分析与显示模块（４）、通信与接口模块（６），其中分析与显示模块（４）通过通信与接口模块（６）与机器人控制器连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘治，陈圣国，梁少芳，周英，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：实用新型
国别省市：81