[发明专利]一种钢卷贴标喷码六轴机器人选型与安装位置的确定方法

摘要

一种钢卷贴标喷码六轴机器人选型与安装位置的确定方法，主要包括以下步骤：1、给定钢卷最大直径与宽度；2、求解机器人可达空间；3、对可达空间图进行轮廓提取；4、求解可达空间的最大内接圆半径与圆心坐标；5、判断最大规格钢卷是否全部在机器人可达空间内及确定相对安装位置；本发明能够在确定阶段确定机器人是否能够满足任务要求，避免选型错误，同时还可确定机器人与钢卷的相对安装位置，充分利用机器人的全部可达空间；具有精确度高、工作高效及降低生产成本的优点。

主权项

1.一种钢卷贴标喷码六轴机器人选型与安装位置的确定方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤一：给出拟贴标喷码钢卷的最大半径r_max及最大宽度l_max；步骤二：求解六轴机器人的可达空间，具体包括：(1)根据D‑H法为机器人每个连杆设定一个局部坐标系，其中，连杆i的坐标系为X_i‑Y_i‑Z_i，i的取值范围为0～6，i＝0代表机器人机座；(2)给出每个连杆的结构参数，具体包括：从Z_i‑1轴到Z_i轴沿X_i‑1方向的移动距离a_i‑1，从Z_i‑1轴到Z_i轴沿X_i‑1方向的旋转角度α_i‑1，从X_i‑1轴到X_i轴沿Z_i方向的移动距离d_i，从X_i‑1轴到X_i轴沿Z_i方向的旋转角度θ_i，其中i的取值范围为1～6；(3)给出三个摆动关节的摆动范围，具体包括下臂摆动下限θ_下min、下臂摆动上限θ_下max，上臂摆动下限θ_上min、上臂摆动上限θ_上max，手腕摆动下限θ_手min、手腕摆动上限θ_手max；(4)令临时变量m＝0，临时变量n＝0，临时变量k＝0，令θ₁＝90°，θ₄＝0°，θ₆＝0°；(5)令θ₂＝θ_下min+m(θ_下max‑θ_下min)/100，θ₃＝θ_上min+n(θ_上max‑θ_上min)/100，θ₅＝θ_手min+m(θ_手max‑θ_手min)/100，通过机器人坐标系变换方程可以得到一组坐标[y，z]：[y，z]＝f(a₀,a₁,a₂,a₃,a₄,a₅,α₀,α₁,α₂,α₃,α₄,α₅,d₁,d₂,d₃,d₄,d₅,d₆,θ₁,θ₂,θ₃,θ₄,θ₅,θ₆)其中：f为机器人坐标系变换方程；将y与z分别存入两个数组，其中y存为数组的第k+101n+101*101m个元素，z存为数组的第k+101n+101*101m个元素；(6)判断k是否等于100，如果k等于100，令k＝0，转入步骤二第(7)步，否则令k＝k+1，转入步骤二第(5)步；(7)判断n是否等于100，如果n等于100，令n＝0，转入步骤二第(8)步，否则令n＝n+1，转入步骤二第(5)步；(8)判断m是否等于100，如果m等于100，令m＝0，转入步骤二第(9)步，否则令m＝m+1，转入步骤二第(5)步；(9)将数组与中记录的坐标在X₀＝0平面内以灰度图片的方式保存起来，该图片即为机器人在X₀＝0平面内的可达空间图，图片中每一组坐标对应的点用一个实心圆作为标记，图片横坐标与纵坐标的比例尺必须一致，图片一个像素代表的实际大小为3mm*3mm；步骤三：通过图像处理的方法对步骤二中保存的机器人可达空间图进行轮廓提取，具体包括如下步骤：(1)读入图片；(2)对图片进行高斯滤波；(3)对图片进行边缘检测；(4)对图片进行二值化处理；(5)提取可达空间的轮廓；(6)将可达空间的轮廓点坐标存为两个新的数组与其中存放可达空间轮廓的y坐标，存放可达空间轮廓的z坐标，数组中存放元素的个数为num；步骤四：求解X₀＝0平面内可达空间的最大内接圆半径与圆心坐标，具体包括如下步骤：(1)令临时变量m_1＝0，临时变量n_1＝0；(2)计算数组与中存在的第m_1个点与数组与中存在的第n_1个轮廓点的距离，并将计算结果存入一个新的数组数组的大小为num；(3)判断n_1是否等于num，如果n_1等于num，在数组中搜索数组与中存在的第m_1个点与数组与中所有轮廓点的最小距离r_min，将r_min存为数组的第m_1个元素，令n_1＝0，转入步骤四第(4)步，如果n_1不等于num，则令n_1＝n_1+1，转入步骤四第(2)步；(4)判断m_1是否等于101*101*101‑1，如果m_1等于101*101*101‑1，令m_1＝0，转入步骤四第(5)步，否则令m_1＝m_1+1，转入步骤四第(2)步；(5)在数组中搜索最大值R_max，得到的R_max即为机器人可达空间的最大内接圆半径，其索引号对应的坐标即为最大内接圆的圆心坐标，该点坐标表示为p2[y₂,z₂]；(6)在可达空间的轮廓点坐标数组与中，搜索Y₀方向坐标大于y₂，Z₀方向坐标与z₂之差的绝对值最小的点，得到的点记为p1[y₁,z₁]；步骤五：判断最大钢卷规格是否能够全部包括在机器人的可达空间内，具体包括如下步骤：(1)判断最大钢卷半径r_max是否小于最大内接圆半径R_max，如果r_max≥R_max，则当前型号的机器人无法包含钢卷的全部空间，需选用可达空间更大的机器人，然后转入步骤二重新计算，如果r_max＜R_max，则转入步骤五第(2)步；(2)计算工作空间内沿钢卷轴向方向所允许的最大长度(3)判断钢卷最大宽度l_max是否小于L_max，如果l_max≥L_max，则当前型号的机器人无法包含钢卷的全部空间，需选用可达空间更大的机器人，然后转入步骤二重新计算，如果l_max＜L_max，则转入步骤五第(4)步；(4)如果当前型号的机器人的可达空间能够将最大半径与最大宽度的钢卷包含在内，则机器人与钢卷之间的相对安装位置在Y₀向相对距离为y₂‑R_max+r_max，在Z₀向相对距离为z₂。