机器人板材折弯模拟系统及方法.pdf

一种机器人板材折弯模拟系统，该系统包括计算机，及与该计算机有通信连接的机器人板材折弯系统。该系统通过该计算机中的板材组件生成模块和折弯点生成模块实现了将各个折弯部分按照折边区分开来，通过该计算机中的折弯监听模块实现了与实际作业现场的远程实时模拟，及通过该计算机中的折弯模拟模块模拟出了机器人板材折弯系统各部件与各个折弯部分之间在折弯作业过程中的配合关系。利用本发明机器人板材折弯模拟系统及方法，能实时准确地检查出板材折弯时存在的干涉问题。

1.  一种机器人板材折弯模拟系统，包括计算机，及与该计算机有通信连接的机器人板材折弯系统，其特征在于，其中：
该机器人板材折弯系统包括：
折弯机床，用于通过折弯刀头在折弯操作台上对板材按照设定的折弯位置和折弯角度进行折弯操作；及
机器人，用于通过机械臂辅助折弯机床对板材的折弯作业，即在折弯过程中，将板材的一部份向着翘起的方向托起以防止变形；及
该计算机包括：
板材组件生成模块，用于设置模拟参数，及根据设置的模拟参数生成需折弯的包含折边的板材组件；
折弯点生成模块，用于找出每个板材组件对应的基准点作为折弯点，及获得折弯刀头折弯作业的基准点和作业线；
折弯监听模块，用于对机器人板材折弯系统的折弯作业信号进行实时监听，所述折弯作业信号包括折弯作业开始信号；及
折弯模拟模块，用于在监听到折弯作业开始信号时根据设置的模拟参数、找出的各个板材组件的折弯点及折弯刀头的基准点和作业线，分析各个板材组件的合理性，及实时模拟机器人板材折弯系统对各个合理的板材组件的折弯作业，并在模拟结束时计算并分析模拟的各个板材组件的折弯角度生成一个模拟分析报告。

2.  如权利要求1所述的机器人板材折弯模拟系统，其特征在于，所述的模拟参数包括需折弯的板材组件的个数，每个需折弯的板材组件的折边相对于板材中心点的距离和位置，及每个需折弯的板材组件实际需折弯的角度。

3.  如权利要求1所述的机器人板材折弯模拟系统，其特征在于，所述折弯作业信号还包括各个板材组件折弯完成信号，及折弯作业结束信号。

4.  如权利要求3所述的机器人板材折弯模拟系统，其特征在于，所述折弯模拟模块实时模拟机器人板材折弯系统对各个合理的板材组件的折弯作业依据如下步骤执行：实时模拟一个合理的板材组件的折弯作业；在该板材组件折弯完成时根据机器人报告的机械臂的运动数据计算机器人带动板材中心运动的位置和角度；以该板材组件的折边为基准整体改变相对于机器人一边的所有有关联关系的板材组件的角度以使改变的角度与机器人带动板材中心运动的角度保持一致。

5.  如权利要求1，2，3或4所述的机器人板材折弯模拟系统，其特征在于，所述折弯模拟模块分析各个板材组件的合理性依据如下步骤执行：获取一个板材组件的折弯点和折弯刀头折弯作业的基准点在同一个坐标系下的坐标；判断该板材组件折弯点的坐标与折弯刀头折弯作业基准点的坐标是否重合；若不重合，则判断该板材组件不合理，或者，若重合，则判断该板材组件的折边与折弯刀头的作业线的方向是否一致；及若不一致，则判断该板材不合理，或者，若一致，则判断该板材合理。

6.  一种机器人板材折弯模拟方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
提供一个包括折弯机床和机器人的机器人板材折弯系统，折弯机床用于通过折弯刀头在折弯操作台上对板材按照设定的折弯位置和折弯角度进行折弯操作，机器人用于通过机械臂辅助折弯机床对板材的折弯作业；
设置模拟参数，及根据设置的模拟参数生成需折弯的包含折边的板材组件；
找出每个板材组件对应的基准点作为折弯点，及获得折弯刀头折弯作业的基准点和作业线；
对折弯机床的折弯作业信号实时监听；
在监听到折弯作业开始信号时，根据设置的模拟参数、找出的各个板材组件的折弯点及折弯刀头的基准点和作业线，分析各个板材组件的合理性；及
实时模拟机器人板材折弯系统对各个合理的板材组件的折弯作业，并在模拟结束时计算并分析模拟的各个板材组件的折弯角度以生成一个模拟分析报告。

7.  如权利要求6所述的机器人板材折弯模拟方法，其特征在于，所述的模拟参数包括需折弯的板材组件的个数，每个需折弯的板材组件的折边相对于板材中心点的距离和位置，及每个需折弯的板材组件实际需折弯的角度。

8.  如权利要求6所述的机器人板材折弯模拟方法，其特征在于，所述折弯作业信号还包括各个板材组件折弯完成信号，及折弯作业结束信号。

9.  如权利要求8所述的机器人板材折弯模拟方法，其特征在于，所述实时模拟机器人板材折弯系统对各个合理的板材组件的折弯作业的步骤包括如下步骤：
实时模拟一个合理的板材组件的折弯作业；
在该板材组件折弯完成时根据机器人报告的机械臂的运动数据计算机器人带动板材中心运动的位置和角度；及
以该板材组件的折边为基准整体改变相对于机器人一边的所有有关联关系的板材组件的角度以使改变的角度与机器人带动板材中心运动的角度保持一致。

10.  如权利要求6，7，8或9所述的机器人板材折弯模拟方法，其特征在于，所述分析各个板材组件的合理性的步骤包括如下步骤：
获取一个板材组件的折弯点和折弯刀头折弯作业的基准点在同一个坐标系下的坐标；
判断该板材组件折弯点的坐标与折弯刀头折弯作业基准点的坐标是否重合；
若不重合，则判断该板材组件不合理，或者，若重合，则判断该板材组件的折边与折弯刀头的作业线的方向是否一致；及
若不一致，则判断该板材不合理，或者，若一致，则判断该板材合理。

机器人板材折弯模拟系统及方法
技术领域
本发明涉及一种机器人板材折弯模拟系统及方法。
背景技术
当前，各种智能设备被不断的应用于生产和生活当中，创造了巨大的社会价值。众所周知，各种智能设备是通过执行特定的功能程序自动地完成与执行的程序对应的任务的，而这些智能设备的功能程序都是程序开发人员经过思考、推理去编写的，通过人力编写的这些功能程序正确与否、能否达成预定的效果、及在应用过程中是否会出现与实际情况相冲突的问题是不确定的，因此，在这些功能程序被正式应用于生产和生活之前，有必要对这些功能程序的执行情况和执行效果进行模拟。
随着远程机器人技术的不断发展，人们已经在冲压成型作业(例如：板材折弯作业)过程中，普遍利用机器人来进行辅助性作业以代替传统的人的工作。因此，人们若要将机器人运用于各种板材折弯作业时，必然需要为机器人开发的各种对应的功能程序，而在开发的各种对应的功能程序被正式应用之前，也必然需要对这些功能程序的执行情况和执行效果进行模拟，以找出程序中出现的错误和程序执行过程中产生的各种异常情况加以改善。
目前，虽然市场上出现了多种机器人板材折弯模拟软件，但这些模拟软件只是模拟机器人在板材折弯作业过程中的运行轨迹，且只将要进行折弯的板材作为一个整体，并没有将需要折弯的部分按照折边区分出来，因此，并不能真实地模拟出机器人、折弯装置及各个折弯部分之间在折弯作业过程中的配合关系，从而并不能真实地模拟出在板材折弯作业时存在的干涉问题。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种机器人板材折弯模拟系统，以实时准确地检查出板材折弯时存在的干涉问题。
此外，还有必要提供一种机器人板材折弯模拟方法以实时准确地检查出板材折弯时存在的干涉问题。
一种机器人板材折弯模拟系统，包括计算机，及与该计算机有通信连接的机器人板材折弯系统。该机器人板材折弯系统包括折弯机床和机器人。该折弯机床用于通过折弯刀头在折弯操作台上对板材按照设定的折弯位置和折弯角度进行折弯操作。该机器人用于通过机械臂辅助折弯机床对板材的折弯作业，即：在折弯过程中，将板材的一部份向着翘起的方向托起以防止变形。该计算机包括板材组件生成模块、折弯点生成模块、折弯监听模块及折弯模拟模块。该板材组件生成模块用于设置模拟参数，及根据设置的模拟参数生成需折弯的包含折边的板材组件。该折弯点生成模块用于找出每个板材组件对应的基准点作为折弯点，及获得折弯刀头折弯作业的基准点和作业线。该折弯监听模块用于对机器人板材折弯系统的折弯作业信号进行实时监听，所述折弯作业信号包括折弯作业开始信号。该折弯模拟模块用于在监听到折弯作业开始信号时根据设置的模拟参数、找出的各个板材组件的折弯点及折弯刀头的基准点和作业线，分析各个板材组件的合理性，及实时模拟机器人板材折弯系统对各个合理的板材组件的折弯作业，并在模拟结束时计算并分析模拟的各个板材组件的折弯角度生成一个模拟分析报告。
一种机器人板材折弯模拟方法，包括如下步骤：(a)提供一个包括折弯机床和机器人的机器人板材折弯系统，折弯机床用于通过折弯刀头在折弯操作台上对板材按照设定的折弯位置和折弯角度进行折弯操作，机器人用于通过机械臂辅助折弯机床对板材的折弯作业；(b)设置模拟参数，及根据设置的模拟参数生成需折弯的包含折边的板材组件；(c)找出每个板材组件对应的基准点作为折弯点，及获得折弯刀头折弯作业的基准点和作业线；(d)对折弯机床的折弯作业信号实时监听；(e)在监听到折弯作业开始信号时，根据设置的模拟参数、找出的各个板材组件的折弯点及折弯刀头的基准点和作业线，分析各个板材组件的合理性；(f)实时模拟机器人板材折弯系统对各个合理的板材组件的折弯作业，并在模拟结束时计算并分析模拟的各个板材组件的折弯角度以生成一个模拟分析报告。
相较现有技术，所述的机器人板材折弯模拟系统及方法，通过对板材的折弯变形的全过程进行实时的精确模拟，进而能实时准确地检查出板材折弯时存在的干涉问题。
附图说明
图1是本发明机器人板材折弯模拟系统较佳实施方式的硬件架构图。
图2是本发明图1中计算机1的功能模块图。
图3是本发明图2中板材组件生成模块100生成的板材组件示意图。
图4是本发明图2中折弯模拟模块103模拟的板材组件A1折弯作业示意图。
图5是本发明机器人板材折弯模拟方法较佳实施方式的具体实施流程图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明机器人板材折弯模拟系统较佳实施方式的硬件架构图。该系统包括计算机1，及与计算机1有通信连接的机器人板材折弯系统2。机器人板材折弯系统2包括机器人20及折弯机床21。折弯机床21包括折弯刀头210和折弯操作台211，折弯机床21通过折弯刀头210在折弯操作台211上对板材按照设定的折弯位置和折弯角度进行折弯操作。机器人20通过机械臂200辅助折弯机床21对板材的折弯作业，即：在折弯过程中，将板材的一部份向着翘起的方向托起以防止变形。计算机1通过对机器人板材折弯系统2折弯作业的信号监听，实时模拟机器人板材折弯系统2对板材的折弯作业。
如图2所示，是本发明计算机1的功能模块图。该计算机1包括板材组件生成模块100，折弯点生成模块101，折弯监听模块102，及折弯模拟模块103。
该板材组件生成模块100，用于设置模拟参数，及根据设置的模拟参数生成需折弯的包含折边的板材组件。其中，设置的模拟参数包括，但不限于，需折弯的板材组件的个数，每个需折弯的板材组件的折边相对于板材中心点的距离和位置，及每个需折弯的板材组件实际需折弯的角度。所述板材中心点是指板材不进行折弯作业的部分的中心点。如图3所示，A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2及D1都是生成的需折弯的板材组件，其中，每个板材组件对应一个折边，A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2及D1分别对应的折边是a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2及d1，折边a1、b1、c1及d1所围成的部分是不进行折弯作业的部分，O是板材的中心点。A1、A2和A3之间通过延伸折边a2及a3建立了关联关系；B1、B2和B3之间通过延伸折边b2及b3建立了关联关系；c1及c2之间通过延伸折边c2建立了关联关系。
进一步地，对A1、A2和A3之间的关联关系阐述如下：A2是在折边a2的基础上产生的相对于A1的延伸板材组件，因此，A1和A2之间有关联关系；A3是在折边a3的基础上产生的相对于A1和A2的延伸板材组件，因此，A1、A2和A3之间有关联关系。其它板材组件间的关联关系也可作上述类似的阐述。
该折弯点生成模块101，用于找出每个板材组件对应的基准点作为折弯点。具体说来，该折弯点生成模块101用于在生成的板材组件间建立一个组件坐标系，找出每个板材组件对应的基准点作为折弯点，并根据设置的模拟参数计算出每个板材组件对应的折弯点在该组件坐标系下的坐标。在本实施例中，该组件坐标系以板材中心点为坐标原点(如图3所示的中心点O)，一个板材组件对应的基准点指的是该板材组件的折边的中心点。该折弯点生成模块101用于根据设置的每个板材组件的折边相对于板材中心点的距离计算出每个板材组件对应的折弯点在该组件坐标系下的坐标。
该折弯点生成模块101，还用于获得折弯刀头210折弯作业的基准点和作业线。具体说来，该折弯点生成模块101还用于为折弯刀头210生成一个刀头坐标系，获得折弯刀头210折弯作业的基准点和作业线，并根据折弯刀头210的属性数据计算出该基准点在该刀头坐标系下的坐标。在本实施例中，该刀头坐标系以刀头的几何中心为坐标原点。所述折弯刀头210折弯作业的基准点是折弯刀头210的作业线的中心点。所述折弯刀头210的属性数据包括，但不限于，折弯刀头210的几何形状数据、几何尺寸数据。
该折弯监听模块102，用于对机器人板材折弯系统2的折弯作业信号进行实时监听。在本实施例中，该折弯监听模块102监听的折弯作业信号包括，但不限于，折弯作业开始信号，各个板材组件折弯完成信号，折弯作业结束信号。
该折弯模拟模块103，用于根据设置的模拟参数、找出的各个板材组件的折弯点及折弯刀头210的基准点和作业线，分析各个板材组件的合理性，实时模拟机器人板材折弯系统2对各个合理的板材组件的折弯作业全过程，并在模拟结束时生成一个模拟分析报告。具体说来，该折弯模拟模块103用于分析各个板材组件的合理性，实时模拟合理的板材组件的折弯作业，根据机器人20实时报告的机械臂200的运动数据计算机器人20带动板材中心(如图3所示的中心点O)运动的位置和角度，以对应的折边为基准整体改变相对于机器人20一边的所有有关联关系的板材组件的角度以使改变的角度与机器人20带动板材中心运动的角度保持一致，在折弯作业结束时计算模拟的各个板材组件的折弯角度，及根据设置的模拟参数(每个需折弯的板材组件实际需折弯的角度)分析计算的各个板材组件的折弯角度以生成模拟分析报告。
进一步地，该折弯模拟模块103分析各个板材组件的合理性依据如下步骤执行：将一个板材组件的折弯点在该组件坐标系下的坐标转换成机器人20的坐标系下的坐标；将折弯刀头210折弯作业的基准点在该刀头坐标系下的坐标转换成机器人20的坐标系下的坐标；判断该板材组件的折弯点转换后的坐标与折弯刀头210折弯作业的基准点转换后的坐标是否重合，若不重合，则该板材组件不合理；若重合，则判断该板材组件的折边与折弯刀头210的作业线的方向是否一致，若不一致，则该板材不合理，若一致，则该板材合理。
如图4所示，是折弯模拟模块103模拟的板材组件A1折弯作业示意图。在图4中，折弯刀头210在A1的折边处进行折弯作业，机器人20通过机械臂200带动板材中心O运动的角度是n1，折弯模拟模块103以A1的折边为基准整体改变相对于机器人20一边的所有有关联关系的板材组件(包括A1、A2和A3)的角度是n2，其中，n1与n2相等。在A1的折弯过程中，A2和A3相对于A1位置关系不发生改变，也就是说，A1的折弯过程中，A1、A2和A3是作为一个整体向上翘起的。
对运用该机器人板材折弯模拟系统以精确模拟出板材的折弯变形的全过程，进而能实时准确地检查出板材折弯时存在的干涉问题，进行如下阐述。
首先，令该板材组件生成模块100设置模拟参数，及根据设置的模拟参数生成需折弯的板材组件。
接着，令该折弯点生成模块101找出每个板材组件对应的折弯点，及获得折弯刀头210折弯作业的基准点。令该折弯监听模块102对机器人板材折弯系统2的折弯作业信号进行实时监听。
最后，令该折弯模拟模块103，用于根据设置的模拟参数、找出的各个板材组件的折弯点及折弯刀头210的基准点和作业线，分析各个板材组件的合理性，实时模拟机器人板材折弯系统2对各个合理的板材组件的折弯作业全过程，并在模拟结束时生成一个模拟分析报告。
如图5所示，是本发明机器人板材折弯模拟方法较佳实施方式的具体实施流程图。首先，该板材组件生成模块100设置模拟参数，设置的模拟参数包括，但不限于，需折弯的板材组件的个数，每个需折弯的板材组件的折边相对于板材中心点的距离和位置，及每个需折弯的板材组件实际需折弯的角度(步骤S10)。
该板材组件生成模块100根据设置的模拟参数生成需折弯的包含折边的板材组件，其中，多个板材组件(如图3所示，A1、A2和A3)之间是通过延伸折边(如图3所示，a2和a3)建立关联关系的(步骤S11)。
该折弯点生成模块101找出每个板材组件对应的基准点作为折弯点，具体说来，该折弯点生成模块101在生成的板材组件间建立一个组件坐标系，找出每个板材组件对应的基准点作为折弯点，并根据设置的模拟参数计算出每个板材组件对应的折弯点在该组件坐标系下的坐标，其中，一个板材组件对应的基准点指的是该板材组件的折边的中心点(步骤S12)。
该折弯点生成模块101获得折弯刀头210折弯作业的基准点和作业线，具体说来，该折弯点生成模块101为折弯刀头210生成一个刀头坐标系，获得折弯刀头210折弯作业的基准点和作业线，并根据折弯刀头210的属性数据计算出该基准点在该刀头坐标系下的坐标，其中，所述折弯刀头210折弯作业的基准点是折弯刀头210的作业线的中心点，所述折弯刀头210的属性数据包括，但不限于，折弯刀头210的几何形状数据、几何尺寸数据(步骤S13)。
该折弯监听模块102监听并等待机器人板材折弯系统2的折弯作业开始信号(步骤S15)。
当监听到折弯作业开始信号时，该折弯模拟模块103根据设置的模拟参数、当前要折弯的板材组件的折弯点及折弯刀头210的基准点和作业线，分析该板材组件的合理性，具体说来，该折弯模拟模块103将该板材组件的折弯点在该组件坐标系下的坐标转换成机器人20的坐标系下的坐标，将折弯刀头210折弯作业的基准点在该刀头坐标系下的坐标转换成机器人20的坐标系下的坐标，判断该板材组件的折弯点转换后的坐标与折弯刀头210折弯作业的基准点转换后的坐标是否重合，若不重合，则该板材组件不合理，若重合，则判断该板材组件的折边与折弯刀头210的作业线的方向是否一致，若不一致，则该板材不合理，若一致，则该板材合理(步骤S16)。
若该板材组件不合理，则该折弯模拟模块103停止模拟该板材组件及其随后的与该板材组件有关联关系的折弯作业。以图3中示出的A1、A2和A3为例进行说明，若A1、A2和A3之间的最先进行折弯作业的是A3，当A3不合理时，则该折弯模拟模块103停止模拟A3及A3后的A1和A2的折弯作业；若A1、A2和A3之间的最先进行折弯作业的是A1，最后进行折弯作业的是A3，当A2不合理时，则该折弯模拟模块103停止模拟A2及A2后的A3的折弯作业(步骤S23)，随后转入执行下述的步骤S21。
若该板材组件合理，则该折弯模拟模块103实时模拟机器人板材折弯系统2对该板材组件的折弯作业(步骤S17)。
该折弯监听模块102监听机器人板材折弯系统2对该板材组件的折弯完成信号(步骤S18)，若没有监听到机器人板材折弯系统2对该板材组件的折弯完成信号，则返回执行步骤S17。
若监听到机器人板材折弯系统2对该板材组件的折弯完成信号，则该折弯模拟模块103根据机器人20实时报告的机械臂200的运动数据，计算机器人20带动板材中心(如图4所示的中心点O)运动的位置和角度(如图4所示的n1)(步骤S19)。
该折弯模拟模块103以该板材组件的折边为基准，整体改变该板材组件及与该板材组件有关联关系的板材组件的角度(如图4所示的n2)，以使改变的角度与机器人20带动板材中心运动的角度保持一致(步骤S20)。
该折弯监听模块102监听机器人板材折弯系统2的折弯作业结束信号(步骤S21)，若没有监听到机器人板材折弯系统2的折弯作业结束信号，则返回执行步骤S16，以进行下一个板材组件折弯作业的模拟。
若监听到机器人板材折弯系统2的折弯作业结束信号，则折弯模拟模块103计算模拟的各个板材组件的折弯角度，及根据设置的模拟参数(每个需折弯的板材组件实际需折弯的角度)分析计算的各个板材组件的折弯角度以生成模拟分析报告(步骤S22)。