一种用于机器人打磨铸件的刀具末端轨迹自适应方法与流程

1.本发明涉及机加工技术领域，尤其涉及一种用于机器人打磨铸件的刀具末端轨迹自适应方法。


背景技术：

2.机器人打磨铸件其工艺包括切割和打磨，采用盘形砂轮切割浇冒口残余、通气针、排气片、增肉等；采用圆柱形砂轮打磨分型面披缝、毛刺以及孔口隔皮等。其中，盘形砂轮打磨轨迹(切割)多数为若干离散的直线段；圆柱形砂轮打磨轨迹(打磨)多数为曲线，需要根据如分型面具体形状实现仿形加工。然而，铸件装夹误差、尺寸变形以及刀具末端轨迹仿形精度会影响机器人打磨的质量。同时，这些因素也严重影响机器人打磨设备的可靠性、打磨过程的安全性、刀具使用寿命以及机器人打磨设备混线兼容能力等诸多方面。
3.目前市场上有对应的柔性机构，用来提高机器人打磨刀具末端轨迹仿形精度，实现随形打磨效果。这类技术通过利用压缩空气作为动力源为主轴提供可调节的径向压力，以使刀具能够产生径向浮动，解决机器人在处理复杂曲面过程中末端轨迹仿形精度不足的问题。但是，还不能适应铸件浇冒口残余、通气针、排气片、增肉等切割需要，而且通常情况下铸件打磨和切割需要采用同一支主轴，通过更换对应的刀具来完成，以提高设备生产效率和降低设备成本。然而，配置有柔性机构的主轴用于切割存在打磨质量不稳定、打磨效率低、卡刀、撞刀、刀具寿命低等诸多问题。另一方面，通过柔性机构技术，仍然需要设计高精度的工装、夹具来保证打磨过程的安全性及打磨效果，无法从根本上解决机器人机器人混线兼容的问题。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.本发明的主要目的是提供一种用于机器人打磨铸件的刀具末端轨迹自适应方法，旨在解决现有刀具末端仿形精度不够且无法适应机器人打磨设备混线兼容的问题。
6.(二)技术方案
7.为了达到上述目的，本发明的用于机器人打磨铸件的刀具末端轨迹自适应方法包括：
8.对基准铸件进行扫描，生成基准铸件的第一工件坐标系，并在所述第一工件坐标系内保存所述基准铸件的空间位置；
9.根据所述第一工件坐标系生成基准铸件的打磨轨迹；
10.将基准铸件更换为待打磨铸件，对待打磨铸件进行扫描，生成待打磨铸件的第二工件坐标系；
11.根据所述第一工件坐标系和所述第二工件坐标系对所述基准铸件的空间位置进行更新，并将更新后的空间位置作为所述待打磨铸件的空间位置而得到坐标更新后的打磨轨迹；
12.选择机器人的压力式柔性顺从打磨工具总成的工作模式，工作模式包括刚性模式和柔性模式；
13.基于选择的工作模式，驱动安装于主轴上的刀具旋转并沿待打磨铸件的打磨轨迹移动，以对待打磨铸件进行刚性切割或柔性打磨，完成对待打磨铸件的打磨。
14.(三)有益效果
15.本发明的有益效果是：先基于标准铸件和待打磨铸件的比较，建立匹配待打磨铸件的位置关系和尺寸关系的工件坐标系和打磨轨迹，在刚性模式，主轴和浮动座相对锁定；在柔性模式，主轴能够相对于浮动座偏转。根据实际情况灵活切换工作模式，驱动安装于主轴上的刀具旋转并沿待打磨铸件的打磨轨迹移动，以对铸件进行刚性切割或柔性打磨，能够满足切割和打磨刀具末端轨迹自适应的需要，简化机器人示教编程要求，降低工装和夹具要求，保证打磨效果和机器人打磨设备的安全性，提高了机器人打磨设备混线兼容能力。
附图说明
16.图1为本发明的压力式柔性顺从打磨工具总成的应用示意图；
17.图2为本发明的压力式柔性顺从打磨工具总成的半剖结构原理图；
18.图3为本发明的压力式柔性顺从打磨工具总成的柔性模式的半剖结构示意图；
19.图4为本发明的压力式柔性顺从打磨工具总成的刚性模式的半剖结构示意图；
20.图5为本发明的压力式柔性顺从打磨工具总成的气控单元的原理示意图；
21.图6为本发明的用于机器人打磨铸件的刀具末端轨迹自适应方法的流程图；
22.图7为根据本发明一个实施例的机器人获取基准铸件的各项参数的流程图；
23.图8为根据本发明一个实施例的机器人获取待打磨铸件的各项参数的流程图；
24.图9为根据本发明一个实施例的机器人加工系统的示意图；
25.图10为根据本发明一个实施例的建立工件坐标系的示意图；
26.图11为根据本发明一个实施例的机器人加工铸件时的位姿校正方法的流程图；
27.【附图标记说明】
28.100：压力式柔性顺从打磨工具总成；
29.1：主轴；11：滑动套；111：滑动环；
30.2：浮动机构；21：浮动座；22：活塞缸；23：固定环；231：滑动槽；24：气体接口；25：动密封圈；26：防尘罩；
31.3：锁定机构；31：锁定套；32：第二气缸；33：安装板；
32.4：气控单元；41：气源；42：过滤减压阀；43：电磁阀；44：电气比例阀；
33.101：圆柱形砂轮；102：盘形砂轮；103：机器人；
34.200：铸件；201：分型面披缝；202：浇口残余块；
35.300：工装夹具；400：3d传感器。
具体实施方式
36.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
37.如图1至图4所示，本发明所采用的一种压力式柔性顺从打磨工具总成100，其包
括：主轴1、浮动机构2和锁定机构3。其中，主轴1的第一端用于安装刀具，且主轴1外固定套设有滑动套11，滑动套11上形成有沿径向向外延伸的滑动环111。浮动机构2包括浮动座21、固定于浮动座21上且套设于滑动套11外的固定环23以及设置于浮动座21内且沿主轴1的周向间隔分布的多个活塞缸22；各个活塞缸22具有预定的浮动保持力且能够沿主轴1的轴向进行伸缩，滑动环111夹持于活塞缸22的自由端与固定环23之间；其中，浮动座21与主轴1之间存在间隙，滑动环111与浮动座21之间存在间隙，以使主轴1能够相对于浮动座21偏转。另外，锁定机构3包括设置于主轴1上的驱动单元以及套设于主轴1上的锁定套31，驱动单元能够驱动锁定套31沿主轴1的轴向往复移动以锁定或释放浮动座21。
38.在主轴1与浮动座21相互释放的情况下，当刀具与铸件200接触进行打磨时所产生的反作用力与重力、摩擦力等在其中一个方向上叠加之后，大于对应方向的浮动保持力时，这个方向上对应的活塞缸22则进行收缩；当刀具与铸件200接触进行打磨时所产生的反作用力与重力、摩擦力等在其中一个方向上叠加之后，小于对应方向的浮动保持力时，这个方向上对应的活塞缸22则进行伸展，并且各个方向的活塞缸22始终柔性地支撑着滑动环111而不会与滑动环111分离，从而使主轴1能够相当于浮动座21保持柔性平衡效果，这种工作模式为柔性模式。当主轴1一侧的活塞缸22收缩且另一侧的活塞缸22伸展时，则会产生如图3所示的偏转效果，主轴1的轴向与浮动座21的轴向之间产生偏转夹角β，其中，夹角β的大小可以根据浮动座21与主轴1之间的间隙以及滑动环111与浮动座21之间的间隙来限制。例如，在图3中具体是主轴1的上侧的活塞缸22伸展而下侧的活塞缸22收缩，所以主轴1的上半部分朝向安装有刀具的一端倾斜，而主轴1的下半部分朝向相对的另一端倾斜。
39.进一步的受力情况分析如下：在此柔性模式下，活塞缸22和滑动套11之间的作用力(浮动保持力)完全可以克服主轴1、锁定机构3及刀具的重力。在打磨过程中，磨削力沿径向方向施加给主轴1，将磨削力及各部件重力定义为工作力，当一个方向的工作力超过该方向上的浮动保持力时，滑动套11将随主轴1绕固定环23上的滑动槽231偏转(摆动)，直到工作力和浮动保持力达到平衡；当各个方向的工作力均小于对应的浮动保持力(磨削力消除)时，主轴1随滑动套11恢复到初始平衡状态，主轴1的轴向与浮动座21的轴向重合或平行。综上所述，在该工作模式下，浮动机构2能够为刀具提供径向浮动，即刀具跟随主轴1而相对于浮动座21的轴向进行偏转或实现初始平衡，其浮动保持力可根据实际需求进行调整。
40.相对地，在主轴1与浮动座21相互锁定的情况下，例如，如图4所示，锁定套31被驱动沿主轴1的轴向移动而卡入主轴1与浮动座21之间的间隙，以使主轴1与浮动座21保持锁定，从而可以防止主轴1相对于浮动座21发生偏转，主轴1和浮动座21实现刚性连接，以便于对铸件200上的多余铸造结构进行刚性切割，这种工作模式为刚性模式。
41.上述实施方式中的压力式柔性顺从打磨工具总成100，具有刚性切割和柔性打磨两种工作模式，能够同时满足切割和打磨的工艺要求，并且通过锁定机构3能够实现两种工作模式的灵活切换，提升对铸件200的打磨效率。需要进行柔性打磨时，主轴1上的驱动单元驱动锁定套31远离浮动座21从而释放浮动座21，以使得主轴1能够相对浮动座21偏转。此时，多个活塞缸22在预定的浮动保持力的作用下给滑动环111施加相应的压力，使得主轴1能够跟随滑动环111保持柔性平衡，进而使得打磨砂轮工作面能够跟随铸件200形状进行仿形(顺从)打磨，使得打磨效果光滑、平整，同时降低了对机器人103的打磨轨迹的仿形精度要求。而当需要进行刚性切割时，主轴1上的驱动单元能够驱动锁定套31紧密接触浮动座21
从而锁定浮动座21，主轴1和浮动座21实现刚性连接，主轴1上的刀具可以克服切割阻力，满足对铸件200上的浇口残余块202、通气针、排气片、增肉等的切割需求。采用刚柔结合的方式可以提升打磨质量和打磨效率，并保证刀具的寿命，通过这项技术可以有效推进工件自动化打磨的应用和普及。
42.需要说明的是，本发明的活塞缸22可以是气缸或液压缸等，甚至还可以是由压缩弹簧来驱动活塞的结构，只要能够提供预定的浮动保持力即可。其中，预定的浮动保持力可以始终为统一值，也可以根据需求灵活调整为变化值。而在优选的实施方式中，活塞缸22为第一气缸，第一气缸上设置有气体接口24，可以通过气体接口24向活塞缸22内充入适当压力的压缩空气，以便于根据实际需求对活塞缸22的浮动保持力进行灵活调整。并且，为了便于对锁定套31的位置进行控制，驱动单元也可以包括第二气缸32和固定于主轴1的第二端上的安装板33，第二气缸32的一端固定于安装板33上且第二气缸32的另一端与锁定套31连接。当主轴1和浮动机构2保持刚性连接时，进入浮动机构2的压缩空气压力调整至系统最大压力。在该工作模式下，刀具在工作中承受的径向切割力通过主轴1传递给锁定套31，锁定套31进一步传递给浮动座21，浮动座21和机器人103固定以克服切割阻力。
43.如图5所示，为了能根据不同工作情况灵活调整第一气缸和第二气缸32内的压力，浮动机构2还包括气控单元4，气控单元4包括气源41(可以为压缩空气)、供气总管、用于向气体接口24供气的第一支管、设置于第一支管上的电气比例阀44、用于向第二气缸32供气的第二支管以及设置于第二支管上的电磁阀43，气源41通过供气总管分别与第一支管、第二支管连接。
44.其中，电磁阀43控制第二气缸32内的气体压力，间接控制锁定套31的位置，从而实现主轴1与浮动座21之间的锁定和释放。电气比例阀44是属于连续控制的一种阀，其特点是输出量随输入量的变化而变化，输出量与输入量之间存在一定的比例关系，可实现压力、速度的无极调节。通过电气比例阀44调整向活塞缸22内的供气压力，从而调整主轴1的浮动保持力，针对不同打磨内容可以通过调整压缩空气压力间接调整刀具与铸件200之间的作用力。另外，增大活塞缸22的浮动保持力还可以辅助锁定机构3完成对主轴1和浮动座21进行的锁定工作，使得主轴1可以完全保持在原始状态下与浮动座21保持锁定。
45.再次参见图5，为了保证第一气缸和第二气缸32能够充分发挥各项性能，在供气总管上还可以设置有过滤减压阀42，过滤减压阀42能够对压缩空气干燥、润滑并起到对出口压力进行调节和稳压作用。应用于压缩空气的过滤器减压阀42采用滚动式膜片，当输入端压力波动时，减压阀膜片自动作出调整，使压力平稳的输出，保证压力稳定。另外，过滤减压阀42还可以是组合式过滤减压阀，其可以根据输出压力精度的要求选配高精度的精密减压阀；在使用过程中，压缩空气经过两级三段式过滤器去除压缩空气中的油、水、尘等杂质后，大大提高了减压阀膜片的使用寿命和调节压力的精密度；由于过滤元件的使用寿命较长，在维护上可单独对过滤元件、减压元件进行修复，无需整体更换，大大节约成本。
46.另外，再次参见图2，固定环23上与滑动环111接触的一侧形成有滑动槽231，滑动环111的一端与滑动槽231适配。滑动槽231在固定环23上形成为环形槽，而滑动环111的外侧朝向固定环23延伸，并插入滑动槽231内，以使得滑动环111能够基于滑动槽231进行偏转(摆动)。其中，如图3所示，滑动槽231的横截面可以为半圆形，而滑动环111上的与滑动槽231适配的一端的截面同样为半圆形，从而可以使滑动环111相对于滑动槽231的偏转更加
顺畅。在其他实施方式中，滑动槽231的横截面还可以为其他形状，只要使滑动环111能够偏转即可。
47.进一步地，再次参见图3和图4，压力式柔性顺从打磨工具总成100还包括设置于浮动座21上的防尘罩26，防尘罩26覆盖主轴1的第二端，从而可以防止灰尘进入主轴1与浮动机构2之间，以保证主轴1、浮动机构2和锁定机构3均能保持良好的工作状态。
48.在更优选的实施方式中，如图2所示，滑动套11与固定环23之间可以设置有动密封圈25，在实现密封效果的同时也不会影响主轴1的摆动。动密封圈25可以实现相对运动件之间的密封，例如，可以为o型橡胶密封圈或星型密封圈等。
49.再次参见图1、图3和图4，在上述实施方式中，刀具可以为盘形砂轮102或圆柱形砂轮101，刀具上设置有刀柄，刀柄能够安装于主轴1的第一端上，通过更换刀柄实现刀具的更换。圆柱形砂轮101用于对铸件200上的分型面披缝201进行打磨，而盘形砂轮102用于对铸件200上的通气针或浇口残余块202进行切割。
50.此外，在上述的实施方式中，主轴1可以为电主轴或机械主轴。其中，电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的技术，电主轴包括电主轴本身及其附件，具体包括电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等。主轴电机的转子直接作为机床的主轴，主轴单元的壳体就是主轴电机的机座，并且配合其他零部件实现主轴电机与机床主轴的一体化。本发明采用电主轴作为主轴1时，其壳体外固定设置滑动套11，而转子的自由端用于安装刀具。而机械主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴，在机器中主要通过传动零件如齿轮、带轮来传递运动及扭矩。本发明采用机械主轴作为主轴1时，可以在机械主轴上设置带轮，通过带轮和皮带配合进行电机到机械主轴的传动，使机械主轴既可以自转又可以相对于浮动座21进行浮动。
51.进一步地，参见图6，本发明提供一种用于机器人打磨铸件的刀具末端轨迹自适应方法，其包括：
52.s100、对基准铸件进行扫描，生成基准铸件的第一工件坐标系，并在所述第一工件坐标系内保存所述基准铸件的空间位置。其中，第一工件坐标系是基于基准铸件进行生成的，“第一”并非对数量进行限定。
53.s200、根据所述第一工件坐标系生成基准铸件的打磨轨迹；其中，打磨轨迹可以基于已生成的坐标系通过常用的人工示教方式来生成，通过机器人模拟人工动作，然后使用示教动作完成作业。
54.s300、将基准铸件更换为待打磨铸件，对待打磨铸件进行扫描，生成待打磨铸件的第二工件坐标系。其中，第二工件坐标系是基于待打磨铸件进行生成的，“第二”并非对数量进行限定，只是作为与“第一工件坐标系”的区分。
55.s400、根据所述第一工件坐标系和所述第二工件坐标系对所述基准铸件的空间位置进行更新，并将更新后的空间位置作为所述待打磨铸件的空间位置而得到坐标更新后的打磨轨迹。也就是说，将第二工件坐标系存入机器人控制系统，通过坐标系的更新来更新所有加工点位的空间位置，实现将更新后的空间位置作为待打磨铸件的空间位置，从而通过坐标更新来实现打磨轨迹跟随铸件位置和姿态进行自适应校正，不仅校正精度高，还能大大降低计算量。
56.s500、选择机器人的压力式柔性顺从打磨工具总成100的工作模式，工作模式包括
刚性模式和柔性模式。其中，在刚性模式，控制锁定机构3对主轴1和浮动座21进行锁定；在柔性模式，控制锁定机构3解除主轴1和浮动座21之间的锁定，并调整活塞缸22的浮动保持力为第一预设压力，以使主轴1能够相对于浮动座21偏转。其中，在进行打磨前，机器人103可以任意选择一种工作模式，例如，先进行刚性模式的切割工序或者先进入柔性模式，在后续的步骤中可以再切换到另外一种工作模式继续沿打磨轨迹进行打磨。
57.s600、基于选择的工作模式，驱动安装于主轴上的刀具旋转并沿待打磨铸件的打磨轨迹移动，以对待打磨铸件进行刚性切割或柔性打磨。具体可以为由机器人103向主轴1提供电能而驱动主轴1旋转，同时，机器人103带动整个浮动座21和主轴1在三维空间里沿待打磨铸件的打磨轨迹移动；
58.s700、切换压力式柔性顺从打磨工具总成100的工作模式，完成对待打磨铸件的打磨。或者，例如，若待打磨铸件上只有需要柔性打磨的缺陷存在，则可以不进行工作模式的切换，直接采用同一模式完成打磨。
59.在本发明的上述实施例中，先基于标准铸件和待打磨铸件的比较，建立匹配待打磨铸件的位置关系和尺寸关系的工件坐标系和打磨轨迹。在刚性模式，主轴和浮动座相对锁定；在柔性模式，主轴能够相对于浮动座偏转。根据实际情况(铸件上的待打磨缺陷的类型)灵活切换工作模式，驱动安装于主轴上的刀具旋转并沿待打磨铸件的打磨轨迹移动，以对铸件进行刚性切割或柔性打磨，能够满足切割和打磨刀具末端轨迹自适应的需要，简化机器人示教编程要求，降低工装和夹具要求，保证打磨效果和机器人打磨设备的安全性，提高了机器人打磨设备混线兼容能力。其中，在刚性模式，刀具可以为盘形砂轮；在柔性模式，刀具可以为圆柱形砂轮。
60.具体地，在本发明的一个实施例中，如图9所示，机器人加工系统可包括机器人103(其包括了压力式柔性顺从打磨工具总成100)、工装夹具300和3d传感器400以及其他辅助设备。其中，3d传感器可以是但不限于双目3d相机、单目及结构光构成的3d相机；3d传感器可以装载在机器人末端，也可以脱离机器人独立安装；工装夹具可以装载在机器人末端，也可以脱离机器人独立安装。
61.为了能够针对不同铸件200的打磨需求来对应生成打磨轨迹，对铸件200进行扫描，生成铸件200的工件坐标系；根据工件坐标系生成打磨轨迹。针对需要被打磨的位置设计打磨轨迹，机器人103根据打磨轨迹作业，可以打磨掉铸件200上需要被打磨掉的浇冒口残余或毛刺等。具体包括：1)在机器人103作业前，扫描工件(样件)得到样件特征；2)利用样件特征建立样件坐标系；3)将样件坐标系转换到机器人103的世界坐标系内，得到工件相对于机器人坐标系的位置，生成工件坐标系；4)以工件坐标系为参考坐标系建立机器人的打磨轨迹；5)在机器人自动化打磨过程中，对待打磨铸件进行扫描提取待打磨铸件特征；6)利用待打磨铸件特征信息，计算得到新工件坐标系；7)更新原来的工件坐标系生成新的打磨轨迹，即可解决铸件由于装夹带来的误差(通过该方法可以有效降低对工装、夹具的定位要求，提高机器人打磨设备混线兼容的能力)。
62.为了进一步提升在刚性模式下主轴1的稳定性，增大活塞缸22的浮动保持力还可以辅助锁定机构3完成对主轴1和浮动座21进行的锁定工作，使得主轴1可以完全保持在原始状态下与浮动座21保持锁定。即，将调整活塞缸22的浮动保持力为第二预设压力，第二预设压力大于第一预设压力。其中，第一预设压力可以为0.2mpa～0.4mpa，第二预设压力可以
为0.6mpa～0.8mpa。在实际生产过程中，可以根据需求通过电气比例阀44将活塞缸的浮动保持力从第一预设压力调整为第二预设压力或者从第二预设压力调整为第一预设压力。
63.在更优选的实施例中，如图7所示，步骤s100具体包括：
64.s110、通过机器人手眼标定以获得坐标变换矩阵；通过机器人手眼标定以获得3d传感器相对于机器人的法兰中心或者机器人的基座标系的位置关系。
65.在本发明的实施例中，对机器人手眼标定，即是对3d传感器进行标定，从而得到3d传感器相对于机器人的末端法兰中心的位置和姿态转换关系(3d传感器安装在机器人上时)，或者3d传感器相对于机器人的基坐标系的关系(3d传感器安装在机器人外部时)，通过坐标变换矩阵xs进行表示。
66.s120、获取基准铸件的点云数据，并获取机器人的第一位姿坐标。
67.可选地，根据本发明的一个实施例，通过3d传感器获取基准铸件的点云数据。即言，利用3d传感器对基准铸件进行扫描或者直接拍摄采集基准铸件的3d点云，并记录3d传感器采集点云数据时机器人位置和姿态即机器人的第一位姿坐标xr。
68.其中，3d传感器对基准铸件的扫描或者拍摄可以是单次，也可以是多次处理多个区域；获得的点云可以是单个点云集，也可以是多个不同区域的点云集。不管是单个点云集，还是多个不同区域的点云集，都是为了后续建立工件坐标系。
69.s130、根据所述基准铸件的点云数据建立所述基准铸件的工件坐标系，并根据所述坐标变换矩阵和所述机器人的第一位姿坐标将所述基准铸件的工件坐标系转换至所述机器人的基坐标系以获取第一工件坐标系。
70.其中，基准铸件的工件坐标系包含6个自由度分量，记为xi。并且，对于单个点云集可以是直接提取点云集重心，也可以是从单个点云集中提取多个点云特征的方法，来建立基准铸件的工件坐标系；对于多个不同区域的点云集，可采用提取各点云特征的方法，来建立基准铸件的工件坐标系。
71.具体地，在本发明的一个实施例中，基于工件点云集提取点云特征时，可得到n≥3个原始特征点位置，每个特征点包含x，y，z三个分量，分别表示为xi1，xi2，
…
，xin。其中，所选择的特征点，理想情况下为铸件的基准点位。
72.进一步地，通过算法对原始特征点进行处理以通过构建三个新的特征点来建立基准铸件的工件坐标系。
73.其中，当原始特征点个数n＝3时，采用以下方式来构建三个新的特征点。
74.第一种方式为，直接选取3个原始特征点中的某一个作为第一个点p1的建立；在剩下的2个原始特征点中，选取一个作为第二个点p2的建立；将剩下的一个原始特征点作为第三个点p3的建立。其中，p1，p2，p3在空间中不能共线。
75.第二种方式为，计算3个原始特征点的重心作为第一个点p1的建立；在3个原始特征点中，选取一个作为第二个点p2的建立；在剩下的2个特征点选取一个作为第三个点p3的建立。其中，3个原始特征点在空间中不能共线。
76.当原始特征点的个数n>3时，一般而言求取所有原始特征点的重心，也可以直接选取某一个原始特征点，作为第一个点p1的建立，求取部分原始特征点的重心或者直接选取某一个原始特征点作为第二个点p2的建立；求取部分原始特征点的重心或者直接选取某一个原始特征点，作为第三个点p3的建立。
77.然后，基于构建的三个新的特征点来建立基准铸件的工件坐标系，步骤如下：
78.获得p1，p2，p3后开始建立坐标系，首先选取p1作为坐标系的原点，然后计算坐标系x、y、z各轴，如图10所示。
79.其中，坐标系x，y，z轴的计算过程如下：
80.第一步，以p1，p2点构建空间向量，
81.第二步，以p1，p3点构建空间向量，
82.第三步，将向量进行归一化处理，
83.第四步，计算x轴为
84.第五步，将和向量叉乘得到坐标系z轴即其中，和向量的叉乘顺序要满足右手法则；
85.第六步，坐标系y轴为y＝z
×
x。
86.这样，由坐标系原点及x、y、z三个轴构成了坐标系，如图10所示。
87.在本实施例中，重心计算方法为：以对m个点求重心为例，各点为c1，c2
…
cm,则重心m＝(c1 c2
…
cm)/m。
88.因此，通过上述方法建立基准铸件的工件坐标系，能够在一定程度上减少由于工件一致性差带来的坐标系误差，提高机器人处理此类铸件的精度。
89.可选地，在本发明的一个实施例中，将基准铸件的工件坐标系转换至机器人的第一工件坐标系时，当所述3d传感器安装在所述机器人上时，根据公式xb＝xr*xs*xi将所述基准铸件的工件坐标系转换至所述机器人的基坐标系以获取第一工件坐标系，其中，xb为所述第一工件坐标系，xr为所述机器人的第一位姿坐标，xs为所述坐标转换矩阵，xi为所述基准铸件的工件坐标系。
90.其中，对于方程xb＝xr*xs*xi，方程中每一个变量均可为4*4的齐次变换矩阵，具体可以表示为：
[0091][0092]
上式中每一个矩阵的左上3*3子阵为位姿的旋转分量，每一个矩阵的最后一列为位姿的位置分量。
[0093]
当所述3d传感器安装在所述机器人的外部时，根据公式xb＝xs*xi将所述基准铸件的工件坐标系转换至所述机器人的基坐标系以获取第一工件坐标系，其中，xb为所述第一工件坐标系，xs为所述坐标转换矩阵，xi为所述基准铸件的工件坐标系。
[0094]
对于方程xb＝xs*xi，方程中每一个变量均可为4*4的齐次变换矩阵，具体可以表示为：
[0095][0096]
同样地，上式中每一个矩阵的左上3*3子阵为位姿的旋转分量，每一个矩阵的最后一列为位姿的位置分量。
[0097]
在本发明的实施例中，在第一工件坐标系xb建立后，将其存入机器人控制系统中，并在第一工件坐标系xb内，开始人工示教，所有基准铸件的打磨轨迹的空间点坐标均保存在xb坐标系中，即可获得基准铸件的空间位置，并将其保存在xb坐标系中，然后运行所示教的加工程序，完成基准铸件加工后，即可更换铸件。
[0098]
可选地，根据本发明的一个实施例，如图8所示，步骤s300包括：
[0099]
s310、获取待打磨铸件的点云数据，并获取机器人的第二位姿坐标。
[0100]
可选地，根据本发明的一个实施例，通过3d传感器获取待打磨铸件的点云数据。即言，利用3d传感器对待打磨铸件进行扫描或者直接拍摄采集待打磨铸件的3d点云，并记录3d传感器采集点云数据时机器人位置和姿态即机器人的第二位姿坐标xrnew。
[0101]
可以理解的是，在本发明的实施例中，第二位姿坐标xrnew可与第一位姿坐标xr相同，即通过3d传感器采集点云数据时，机器人位置和姿态可保持不变。
[0102]
同样地，3d传感器对待打磨铸件的扫描或者拍摄可以是单次，也可以是多次处理多个区域；获得的点云可以是单个点云集，也可以是多个不同区域的点云集。不管是单个点云集，还是多个不同区域的点云集，都是为了后续建立工件坐标系。
[0103]
s320、根据所述待打磨铸件的点云数据建立所述待打磨铸件的工件坐标系，并根据所述坐标变换矩阵和所述机器人的第二位姿坐标将所述待打磨铸件的工件坐标系转换至所述机器人的基坐标系以获取第二工件坐标系。
[0104]
其中，待打磨铸件的工件坐标系包含6个自由度分量，记为xinew。
[0105]
需要说明的是，待打磨铸件的工件坐标系的建立过程可与基准铸件的工件坐标系的建立过程相同，这里就不再赘述。
[0106]
可选地，作为一个实施例，将待打磨铸件的工件坐标系转换至机器人的基坐标系时，当所述3d传感器安装在所述机器人上时，根据公式xbnew＝xrnew*xs*xinew将所述待打磨铸件的工件坐标系转换至所述机器人的基坐标系以获取第二工件坐标系，其中，xbnew为所述第二工件坐标系，xrnew为所述机器人的第二位姿坐标，xs为所述坐标转换矩阵，xinew为所述待打磨铸件的工件坐标系；当所述3d传感器安装在所述机器人的外部时，根据公式xbnew＝xs*xinew将所述待打磨铸件的工件坐标系转换至所述机器人的基坐标系以获取第二工件坐标系，其中，xbnew为所述第二工件坐标系，xs为所述坐标转换矩阵，xinew为所述待打磨铸件的工件坐标系。
[0107]
并且，待打磨铸件的工件坐标系转换至机器人的基坐标系的坐标转换过程与上述基准铸件的工件坐标系转换至机器人的基坐标系的过程相同，这里也不再赘述。
[0108]
需要说明的是，在本发明的实施例中，在进行基准铸件调试时，所有的机器人加工空间位置点是保存在第一工件坐标系中的，该第一工件坐标系是相对机器人的基坐标系来描述的。在根据第二工件坐标系对第一工件坐标系进行更新后，需要保证机器人加工空间
位置点在工件坐标系中保持不变，即加工刀具相对于待打磨铸件的位置不变，这样铸件位置变化之后，机器人加工空间位置相对于机器人的基坐标系的位置必须变化才能跟随铸件位置进行加工。其中，运动学转换过程可由机器人控制系统自主完成，不仅可以实现铸件位置和姿态的精确校正，还无需太多的计算过程，降低计算量的同时，为保证铸件加工一致性提供基础。
[0109]
根据本发明实施例提出的机器人加工铸件时的误差补偿方法，首先通过通过机器人手眼标定以获得坐标变换矩阵，然后在基准铸件放入工装夹具时获取基准铸件的点云数据，并获取此时机器人的第一位姿坐标，接着根据基准铸件的点云数据建立基准铸件的工件坐标系，并根据坐标变换矩阵和机器人的第一位姿坐标将基准铸件的工件坐标系转换至机器人的基坐标系以获取第一工件坐标系，接着在更换铸件后获取待打磨铸件的点云数据，并获取此时机器人的第二位姿坐标，再根据待打磨铸件的点云数据建立待打磨铸件的工件坐标系，以及根据坐标变换矩阵和机器人的第二位姿坐标将待打磨铸件的工件坐标系转换至机器人的基坐标系以获取第二工件坐标系，最后根据第一工件坐标系和第二工件坐标系对基准铸件的空间位置进行更新，并将更新后的空间位置作为待打磨铸件的空间位置，实现铸件的位姿修正。因此，本发明通过坐标更新来实现打磨轨迹跟随铸件位置和姿态进行自适应校正，从而无需优化工装夹具设计，提高了工装夹具的普适性，使得工件工装夹具的设计变得简单，夹具只需要保证工件在加工时不会松动，允许工件装夹后的位置和姿态发生变化，减小了夹具设计难度和工作量，确保铸件的加工一致性，有效地解决了工件加工误差问题，保证加工质量。
[0110]
在本发明的一个实施例中，如图11所示，机器人加工铸件时的位姿校正方法包括以下步骤：
[0111]
s11，对3d传感器进行标定，以得到3d传感器相对于机器人末端法兰盘的位置和姿态转换关系(3d传感器安装在机器人上)，或者3d传感器相对于机器人的基坐标系的关系(3d传感器安装在机器人外部)，并记为xs。
[0112]
s12，利用3d传感器对基准铸件进行扫描或者直接拍摄采集基准铸件的3d点云，并记录3d传感器采集数据时机器人位置和姿态，记为xr。其中，3d传感器对基准铸件的扫描或者拍摄可以是单次，也可以是多次处理多个区域；获得的点云可以是单个点云集，也可以是多个不同区域的点云集。
[0113]
s13，利用步骤s12中采集的点云对基准铸件建立基准铸件的工件坐标系。其中工件坐标系包含6个自由度分量，记为xi。并且，对于单个点云集可以是直接提取点云集重心，也可以是从单个点云集中提取多个点云特征的方法，来建立基准铸件的工件坐标系；对于多个不同区域的点云集，可采用提取各点云特征的方法，来建立基准铸件的工件坐标系。
[0114]
建立工件坐标系的具体过程如上所述，这里就不再赘述。
[0115]
s14，将步骤s13建立的工件坐标系转换至机器人的基坐标系，获得第一工件坐标系，记为xb。其中，xb＝xr*xs*xi(3d传感器安装在机器人上)；xb＝xs*xi(3d传感器安装在机器人外部)。
[0116]
其中，对于方程xb＝xr*xs*xi，方程中每一个变量均为4*4的齐次变换矩阵，具体可以表示为：
[0117][0118]
上式中每一个矩阵的左上3*3子阵为位姿的旋转分量，每一个矩阵的最后一列为位姿的位置分量。
[0119]
对于方程xb＝xs*xi，方程中每一个变量均为4*4的齐次变换矩阵，具体可以表示为：
[0120][0121]
同理，上式中每一个矩阵的左上3*3子阵为位姿的旋转分量，每一个矩阵的最后一列为位姿的位置分量。
[0122]
s15，将xb坐标系存入机器人控制系统中，开始人工示教，所有打磨轨迹的空间点坐标均保存在xb坐标系中。
[0123]
s16，运行人工示教的程序完成基准铸件(调试样件)加工，并进行铸件更换。
[0124]
s17，利用3d传感器对更换后的铸件再次进行扫描或者拍摄得到当前铸件新的3d点云，采集方式同上述步骤s12。其中，3d传感器采集数据时机器人位置和姿态仍为xr。
[0125]
s18，利用步骤s17中采集的点云对当前铸件建立工件坐标系，坐标系同样包含6个自由度分量，记为xinew。
[0126]
其中，建立工件坐标系的方法如上所述。
[0127]
s19，将当前铸件的工件坐标系转换至机器人的基坐标系，获得第二工件坐标系，记为xbnew，xbnew＝xr*xs*xinew(3d传感器安装在机器人上)；xbnew＝xs*xinew(3d传感器安装在机器人外部)。其中，坐标转换过程与步骤s14相同，这里不再赘述。
[0128]
s20，将xbnew坐标系传送至机器人控制系统，由控制系统自动更新所有加工位置，实现机器人加工铸件时的位姿校正。
[0129]
本发明实施例的机器人加工铸件时的位姿校正方法，通过坐标系的更新来更新所有加工点位的空间位置，实现将更新后的空间位置作为当前铸件的空间位置，从而通过坐标更新来实现打磨轨迹跟随铸件位置和姿态进行自适应校正，不仅校正精度高，还能大大降低计算量。
[0130]
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。