专利名称：机器人型钢切割系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于自动化切割领域。是离线编程技术、数据库技术、机器人技术等结合实现型钢自动化切割的系统。
背景技术：
自动化切割系统主要是利用数控系统、伺服驱动器配合套料软件，对金属平板和管件进行切割。根据伺服轴的数目，可以分为3轴、4轴、5轴等数控系统。在三维空间里对型钢切割，利用传统的伺服驱动器组合的方式很难实现，目前主要靠人工完成。随着工业机器人技术的成熟，利用机器人配合伺服驱动器、离线编程技术为三维空间里型钢切割提供一种途径。在国外研究成功的系统有荷兰HGG相贯线及型钢切割系统、德国ISU公司机器人型钢切割系统、挪威的TTS机器人切割全自动生产线等。国内尚无成熟的机器人型钢切割系统，处于实验室研究阶段。机器人离线编程是利用计算机图形学的成果，建立起机器人及其工作环境的几何模型，再利用规划算法，通过对图形的控制和操作，在离线的情况下进行轨迹规划。机器人不论采用何种方式编程，最终都将反映为机器人末端执行器的点到点运动，因此机器人作业中关键点位置的确定是机器人编程主要要解决的问题之一。目前，商品化的机器人系统几乎都采用示教方式确定位置，其主要问题是在三维空间目测定位，精度难以保证，示教点与环境紧密联系而与作业无关，环境的微小变化都可能造成示教位置失效。通过示教方式来确定位置，会花费大量时间并且需要专业的机器人技术人员操作，这对于单品种大批量的生产加工是可以接受，但对于规格和形状变化较大，小批量甚至单件产品的生产加工，此时，示教方式无法满足生产需要。一些机器人系统通过给位置变量赋参数进行关键点定位，但一般情况下，人工计算关键点的参数是非常繁琐的。智能机器人系统通过机器人视觉系统识别定位，但其实用性还有待进一步提高。因此，切割自动化领域亟待开发出一种实用的机器人型钢切割系统，能够完成单件或小批量的快速、高精度的切割要求。
发明内容本实用新型的主要目的在于提供一种机器人型钢切割系统，使其能够对单件或小批量的型钢进行快速高精度的切割。本实用新型是采用以下技术手段实现的一种机器人型钢切割系统，包括存储离线编程软件的计算机、六轴机器人手臂、机器人控制器、等离子切割系统、由计算机控制的激光传感器、扩展伺服轴Y、扩展伺服轴X ；该系统储存离线编程软件的计算机通过触摸屏获取操作人员的输入数据和指令，激光传感器扫描型钢的表面数据，然后通过RS-485通讯将数据返回给计算机；机器人控制器和机器人手臂、计算机、激光传感器、机器人示教盒、等离子切割系统连接；计算机离线生成机器人作业，并通过以太网将生成的机器人作业下载到机器人控制器；机器人控制器执行机器人作业，控制机器人手臂移动到空间的任一位置和姿态，同时为激光传感器提供电源，通过指令控制等离子切割系统。前述的存储离线编程软件的计算机包括用户图形界面、作业生成模块、作业管理模块、型钢模块、指令生成模块、数据库模块、通讯模块、运动控制模块、误差处理模块；用户图形界面和作业生成模块、作业管理模块、型钢模块、数据库模块、运动控制模块等连接；通讯模块和作业管理模块、运动控制模块、激光传感器、机器人控制器连接，将硬件平台和软件平台连接起来；通讯模块包含以太网连接和RS485连接。前述的运动控制模块与误差处理模块、通讯模块连接；误差处理模块通过运动控制模块控制机器人手臂带动激光传感器扫描工件的表面，然后通过通讯模块触发激光传感器，并从激光传感器读取距离数据。前述的激光传感器用于获取传感器参考点到型钢表面上一点的距离值。前述的机器人示教盒用于手动示教机器人手臂，手动在线生成机器人作业，可应用于特殊的型钢切割。本实用新型是一种机器人型钢切割系统，与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果。能够简单的自动生成型钢切割程序，在切割的同时离线生成机器人作业，提高生产效率。通过激光传感器和误差处理算法，能够有效的消除切割误差，提高切割精度。通过扩展伺服轴能够在较大的三维空间里对型钢进行切割。能够通过安全规划算法，有效的防止碰撞，且具有切割生产中断后，自动回退到安全位置的功能。通过简单可靠的机器人姿态规划算法，减少了计算机的计算量。将.Net的优势运用于离线编程，增加了系统的通讯可靠性和界面美观性。
图1是本实用新型所述的机器人型钢切割系统的硬件组成示意图；图2是实用新型所述的机器人型钢切割系统的模块之间关系的框图。其中，1为机器人手臂、2为计算机、3为机器人控制器、4为示教盒、5为等离子切割系统、6为型钢、7为激光传感器、8为夹具、9为扩展伺服轴Y、10为扩展伺服轴X、ll为工作台、12为压缩氧气罐、13为压缩空气罐。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的具体实施方式
加以进一步说明。请参阅图1所示，机器人型钢切割系统，包括有存储离线编程软件的计算机2、六轴机器人手臂1、机器人控制器3、等离子切割系统5、由计算机控制的激光传感器7、扩展伺服轴Y为9、扩展伺服轴X为10。该系统储存离线编程软件的计算机2通过触摸屏获取操作人员的输入数据，激光传感器7扫描工件表面的数据，然后通过RS-485将数据返回给计算机2。机器人控制器3和机器人手臂1、计算机2、激光传感器7、等离子切割系统5连接。计算机2将离线生成的机器人作业通过以太网下载到机器人控制器3 ；机器人控制器3执行机器人作业，控制机器人手臂1移动到空间某一位置和姿态；机器人控制器3为激光传感器7提供电源。机器人控制器3通过指令触发等离子切割系统5。[0020]请参阅图2所示，表示系统功能之间的连接关系。机器人型钢切割系统中，计算机离线编程软件包括用户图形界面、作业生成模块、作业管理模块、型钢模块、指令生成模块、数据库模块、通讯模块、运动控制模块、误差处理模块、自动回退模块等。用户图形界面和作业生成模块、作业管理模块、型钢模块、数据库模块、运动控制模块等连接。通讯模块和作业管理模块、运动控制模块、激光传感器、机器人控制器连接。机器人型钢切割系统中，误差处理模块与运动控制模块、通讯模块连接。误差处理模块通过运动控制模块移动机器人手臂夹具上面的激光传感器到型钢表面特定的位置，然后通过通讯模块触发激光传感器，并从激光传感器读取数据。激光传感器用于获取传感器参考点到型钢表面上一点的距离值。本实用新型所述的机器人型钢切割系统中，所述的机器人示教盒用于手动示教机器人手臂，可以手动在线生成机器人作业，便于特殊的型钢切割。机器人手臂为Motoman SSF2000型6轴机器人，定位精度为士0. Imm,机器人控制器为Motoman NXlOO0计算机型号为研华触摸屏一体机。激光传感器为knsoPart的FT50RLA型，量程80mm-250mm，精度为0. 25mm,通过RS485与计算机相连。等离子切割系统为Thermal Dynamics的Ultra200精细型。外部伺服轴和驱动器均为安川公司的产品，驱动器可以直接集成在机器人控制器里面。计算机里的离线编程软件基于.Net技术，封装了机器人通讯接口和数据库接口，利用.Net平台的通讯优势集成机器人技术和数据库技术；计算机里的离线编程软件借助于机器人世界模型信息和模型转换算法的支持，利用基于几何推理的位置和姿态赋值的方法，以提高定位的精度和灵活性。计算机里的离线编程软件通过用户图形界面选择不同类型，不同尺寸的型钢，选择某一工艺类型，输入可变工艺参数生成机器人作业。然后通过通讯模块将机器人作业下载到机器人控制器，机器人控制器执行机器人作业，控制机器人手臂并启动等离子进行型钢切割。
权利要求1.一种机器人型钢切割系统，包括存储离线编程软件的计算机O)、六轴机器人手臂(1)、机器人控制器(3)、等离子切割系统(5)、由计算机控制的激光传感器(7)、扩展伺服轴Y(9)、扩展伺服轴X(IO)；其特征在于该系统储存离线编程软件的计算机(2)通过触摸屏获取操作人员的输入数据和指令，所述的激光传感器(7)扫描型钢(6)的表面数据，然后通过RS-485通讯将数据返回给计算机O)；机器人控制器( 和机器人手臂(1)、计算机(2)、激光传感器O)、机器人示教盒、等离子切割系统(5)连接；计算机(2)离线生成机器人作业，并通过以太网将生成的机器人作业下载到机器人控制器；机器人控制器C3)执行机器人作业，控制机器人手臂(1)移动到空间的任一位置和姿态，同时为激光传感器( 提供电源，通过指令控制等离子切割系统(5)。
2.根据权利要求1所述的机器人型钢切割系统，其特征在于所述的存储离线编程软件的计算机( 包括用户图形界面、作业生成模块、作业管理模块、型钢模块、指令生成模块、数据库模块、通讯模块、运动控制模块、误差处理模块；用户图形界面和作业生成模块、作业管理模块、型钢模块、数据库模块、运动控制模块等连接；通讯模块和作业管理模块、运动控制模块、激光传感器、机器人控制器连接，将硬件平台和软件平台的连接起来；通讯模块包含以太网连接和RS485连接。
3.根据权利要求1所述的机器人型钢切割系统，其特征在于所述的运动控制模块与误差处理模块、通讯模块连接；误差处理模块通过运动控制模块控制机器人手臂带动激光传感器扫描工件的表面，然后通过通讯模块触发激光传感器，并从激光传感器读取距离数据。
4.根据权利要求1所述的机器人型钢切割系统，其特征在于所述的激光传感器用于获取传感器参考点到型钢表面上一点的距离值。
5.根据权利要求1所述的机器人型钢切割系统，其特征在于所述的机器人示教盒用于手动示教机器人手臂，手动在线生成机器人作业，可应用于特殊的型钢切割。
专利摘要本实用新型公开了一种机器人型钢切割系统，该系统储存离线编程软件的计算机通过触摸屏获取操作人员的输入数据和指令，激光传感器扫描型钢的表面数据，然后通过RS-485通讯将数据返回给计算机；机器人控制器和机器人手臂、计算机、激光传感器、机器人示教盒、等离子切割系统连接；计算机将离线生成的机器人作业通过以太网下载到机器人控制器；机器人控制器执行机器人作业，控制机器人手臂移动到空间的任一位置和姿态，同时为激光传感器提供电源，通过指令控制等离子切割系统。能够简单的自动生成型钢切割程序，在切割的同时离线生成机器人作业，提高生产效率。通过激光传感器和误差处理算法，能够有效的消除切割误差，提高切割精度。
文档编号B23K10/00GK202336657SQ20112040660
公开日2012年7月18日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年10月21日
发明者叶小平, 王力成, 袁红心, 陈小朋 申请人:上海莱克气割机有限公司