CN111191327A - 五关节焊接机器人参数化自动建模系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了五关节焊接机器人参数化自动建模系统，包括界面菜单开发、机器人基础模型库、参数输入模型及重生模型，所述参数输入模型包括对话框设计和参数设置，所述参数设置包括参数名称、类型和初始值，所述机器人基础模型库包括关节参数化建模和装配组件参数化建模；所述关节参数化建模包括各关节三维模型、关节参数设置、关系设置，所述各关节三维模型包括基座、连杆1、连杆2、连杆3、连杆4和连杆5，所述装配组件参数化建模包括装配组件三维模型和装配组件参数设置；界面菜单包括系统主菜单、各关节菜单和装配组件菜单，所述对话框包括各关节对话框和装配组件对话框，参数化自动建模系统能够为企业带来实际的经济效益。

Description

五关节焊接机器人参数化自动建模系统

技术领域

本发明涉及计算机三维造型领域，具体涉及一种五关节焊接机器人参数化自动建模系统。

背景技术

近年来，为了适应市场的多样化需求和生产企业的快速研发需求，在计算机三维造型软件快速发展的前提下，机器人参数化建模系统的相关研究逐渐发展起来。吴涛的基于Pro/E的参数化技术和二次开发技术，开发了一款用于医用机器人结构设计的CAD系统，并联合ADAMS对机器人进行了运动学仿真分析(吴涛.医用机器人结构设计及其CAD系统开发[D].南京:南京理工大学机械设计及理论专业，2005.06)；王春成等人结合VB和Solidworks开发了可重组的并联机器人模块化CAD系统([52]王春成,赵延治,赵铁石.基于Solidworks可重组模块化并联机器人CAD系统开发[J].机械设计与制造,2008.05,5:74-76)。

国外对机器人参数化建模系统的学术研究相对较少，主要是几大机器人生产企业，他们根据自身机器人技术的发展而研发出来各种机器人设计系统。

由于Creo是Pro/Engineer的升级版本，应用时间短，所以使用Creo二次开发技术进行应用系统开发的很少，而针对工业机器人的系统开发更是寥寥无几。

综上所述，运用Creo二次开发技术对工业机器人本体进行参数化自动建模与运动学分析系统的研发可在一定程度上推动我国机器人相关系统的研究，使机器人的系列化生产设计更加的自动化、智能化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了五关节焊接机器人参数化自动建模系统。

本发明提供了五关节焊接机器人参数化自动建模系统，包括界面菜单开发、机器人基础模型库、参数输入模型及重生模型，所述参数输入模型包括对话框设计和参数设置，所述参数设置包括参数名称、类型和初始值，所述机器人基础模型库包括关节参数化建模和装配组件参数化建模；所述关节参数化建模包括各关节三维模型、关节参数设置、关系设置，通过关系设置在参数和关节模型间引入“父子”关系，使参数与模型尺寸相关联；所述各关节三维模型包括基座、连杆1、连杆2、连杆3、连杆4和连杆5，所述装配组件参数化建模包括装配组件三维模型和装配组件参数设置；界面菜单包括系统主菜单、各关节菜单和装配组件菜单，所述对话框包括各关节对话框和装配组件对话框，所述机器人基础模型库和装配组件参数化建模是在Creo 3.0中已建立好的参数化模型；参数输入模型是通过VS 2012中C++调用函数而显示的UI对话框界面中实现的，从而实现三维模型的重生。

进一步地，所述五关节焊接机器人参数化自动建模系统实现包括关节参数化自动建模和装配组件参数化自动建模功能。

进一步地，界面菜单开发步骤包括菜单设计、编写资源文件、编写程序代码、注册编译以及Creo注册运行。

进一步地，所述各关节对话框中包括各关节的参考尺寸图片、参数设置及模型重生和退出按钮，通过对话框实现该焊接机器人各关节的参数化自动三维建模功能。

进一步地，所述装配组件对话框包括各关节尺寸的修改按钮以及打开各关节对话框的PushButton菜单按钮，实现根据修改各关节尺寸重新生成各关节三维模型。

进一步地，所述重生模型包括关节模型参数化重生和装配组件模型的参数化重生。

进一步地，所述关节模型参数化重生方法是先获取原始关节三维模型的设计参数，通过修改设计参数并更新至原始三维模型中，从而派生出新的关节三维模型。

进一步地，所述装配组件模型的参数化重生是在各关节间的约束关系不变的情况下，通过更改组件中各关节参数尺寸，相关参数在连杆模型的关系设置中已设置为与主要参数相关联，即可重生获得相应的装配组件模型。

进一步地，装配组件参数化建模是将设计过程中所使用的各种参数都存储在数据库中，便于系统和设计人员调用，装配方式包括自顶而下和自底而上。

进一步地，所述五关节焊接机器人各关节连接包括一个移动副和四个转动副，移动副的装配约束方式采用滑块连接，转动副装配约束方式采用销钉连接。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：(1)通过对系统中菜单和UI对话框的设计，使得关节模型和装配组件模型的参数化建模过程更加简便、便捷、高效；(2)参数化自动建模系统能够实现该机器人各连杆和装配组件的快速建模功能，能够帮助企业在系列化研发生产过程中节约三维建模的大部分时间，有效提高其设计生产效率，为企业带来实际的经济效益；(3)对今后工业机器人的计算机辅助设计系统的开发起到帮助作用，具有一定的参考价值。

附图说明

图1是本发明五关节焊接机器人参数化自动建模系统模型组成图；

图2是本发明五关节焊接机器人参数化自动建模系统基座及各连杆三维模型图；

图3是本发明五关节焊接机器人参数化自动建模系统各关节参数设置图；

图4是本发明五关节焊接机器人参数化自动建模系统基座关系设置图；

图5是本发明五关节焊接机器人参数化自动建模系统装配组件模型图；

图6是本发明五关节焊接机器人参数化自动建模系统装配组件的程序设置图；

图7是本发明五关节焊接机器人参数化自动建模系统菜单设计开发流程图；

图8是本发明五关节焊接机器人参数化自动建模系统参数化自动建模系统菜单界面图；

图9是本发明五关节焊接机器人参数化自动建模系统对话框设计开发流程图；

图10是本发明五关节焊接机器人参数化自动建模系统各连杆对话框图；

图11是本发明五关节焊接机器人参数化自动建模系统装配组件对话框图；

图12是本发明五关节焊接机器人参数化自动建模系统连杆模型重生过程图；

图13是本发明五关节焊接机器人参数化自动建模系统基座参数化自动建模的实现图；

图14是本发明五关节焊接机器人参数化自动建模系统装配组件对话框图；

图15是本发明五关节焊接机器人参数化自动建模系统装配组件模型参数化建模的实现图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了五关节焊接机器人参数化自动建模系统。

本发明提供了五关节焊接机器人参数化自动建模系统，五关节焊接机器人参数化自动建模系统实现关节参数化自动建模和装配组件参数化自动建模功能，包括界面菜单开发、机器人基础模型库、参数输入模型及重生模型，所述参数输入模型包括对话框设计和参数设置。

所述参数设置包括参数名称、类型和初始值，所述机器人基础模型库包括关节参数化建模和装配组件参数化建模；所述机器人基础模型库和装配组件参数化建模是在Creo3.0中已建立好的参数化模型；参数输入模型是通过VS 2012中C++调用函数而显示的UI对话框界面中实现的，从而实现三维模型的重生。

所述关节参数化建模包括各关节三维模型、关节参数设置、关系设置，各关节三维模型包括基座、连杆1、连杆2、连杆3、连杆4和连杆5，如图2所示，其中图2(a)为基座，图2(b)为连杆1，图2(c)为连杆2，图2(d)为连杆3，图2(e)为连杆4，图2(f)为连杆5。参数是参数化建模中用于提供附加信息的重要要素，其与模型一起存储可以标明模型属性。同时，参数需要配合关系设置来创建参数化模型，通过变更参数值即可改变各关节三维模型的形状与大小。进行参数设置时，要在参数窗口中编辑所要添加的内容包括参数名称、类型和初始值，如图3所示。由于该机器人的六个关节模型所需参数较多，每个关节的参数标识按照装配顺序设定为从0到5加以区分。

关系是参数化设计的又一重要要素，通过关系设置在参数和关节模型间引入“父子”关系，使参数与模型尺寸相关联，由于机器人各关节部分尺寸之间存在特定的关联性，通过编辑尺寸与参数的数学关系式，可以使在只改变部分尺寸值后，整个关节的形状和大小都能进行整体性合理的变更，从而再生出符合结构的模型。如图4所示的即为该机器人基座的关系设置内容，该焊接机器人其它连杆的参数化建模步骤与基座是相同的。

装配组件参数化建模包括装配组件三维模型和装配组件参数设置，Creo的参数化装配是将设计过程中所使用的各种参数都存储在数据库中，便于系统和设计人员调用，包括自顶而下和自底而上两种装配方式，本发明中采用自底而上的装配方式。

为便于在Creo中进行简单的机器人运动分析，在对该焊接机器人进行装配时选择有连接接口的装配约束方式。因为该机器人各关节连接包括一个移动副和四个转动副，所以，移动副的装配约束方式采用滑块连接，转动副采用销钉连接，只有先建立原始的装配模型，确定各连杆及关节的约束方式，才能实现焊接机器人装配体的参数化重生。建立好的焊接机器人装配组件如图5所示。

在进行装配组件参数设置时，为便于后面程序的编写，装配组件的各参数名称与各个关节零件的的参数名称设为相同。组件参数与组件模型尺寸之间的约束关系通过程序设置完成。在组件程序的INPUT与END INPUT之间输入所有声明的参数，为把组件参数与零件参数建立联系，还需要在组件程序的各个ADD PART***前一行输入：“EXECUTEPART***.......END EXECUTE”，如图6所示。

界面菜单包括系统主菜单、各关节菜单和装配组件菜单，参数化自动建模系统要求在Creo系统界面中添加能够实现该系统功能的目标菜单。它由系统主菜单、各关节菜单和装配组件菜单按钮组成，当单击选择各菜单按钮时能够打开相应的对话框，从而完成该焊接机器人各关节及装配体的参数设置及模型重生。该系统菜单的设计开发流程如图7所示，界面菜单开发步骤包括菜单设计、编写资源文件、编写程序代码、注册编译以及Creo注册运行，根据相应步骤完成操作即可实现该系统所需的菜单功能。

根据菜单设计开发流程，首先编写菜单信息资源文件，并保存在text文件夹下；通过Creo的“辅助应用程序”工具即可在Creo系统界面中注册加载出本发明所设计的机器人参数化自动建模系统的菜单，如图8所示。

本参数化自动建模系统中的对话框要求能够实现各连杆和机器人装配体主要参数的修改和模型重生的操作功能，所以对话框需有标题、参考图片、文字说明、输入框和按钮等内容，具体的UI对话框设计开发流程如图9所示。

对话框包括各关节对话框和装配组件对话框，各关节对话框中包含了各关节的参考尺寸图片、参数设置及模型重生和退出按钮，通过对话框可以实现该焊接机器人各关节的参数化自动三维建模功能，如图10所示，图10(a)为基座对话框，图10(b)为连杆1对话框，图10(c)为连杆2对话框，图10(d)为连杆3对话框，图10(e)为连杆4对话框，图10(f)为连杆5对话框。装配组件对话框能够实现机器人装配体中的各关节零件重要尺寸的修改，并能够根据修改尺寸重新生成装配体三维模型。因此需要在对话框内添加能够打开各关节零件对话框的PushButton菜单按钮，如图11(a)所示。点击右侧的各关节零件的相应按钮，可打开在机器人装配体模型中的各关节对话框。例如，点击基座按钮时即可打开如图11(b)所示的基座主要参数设置对话框。

模型重生模块：模型的参数化重生是在Creo参数化设计的基础上，在保留各关节模型本身的形位约束的前提下，获取三维模型的几何信息并能进行参数修改，重生成新模型。

连杆模型参数化重生的过程如图12所示，获取原始三维模型的设计参数，通过修改原始数据并更新至原始模型中，从而派生出新的三维模型。

装配组件模型的参数化重生是在各元件间的约束关系不变的情况下，通过更改组件中各元件参数尺寸，重生获得相应的装配组件模型，其重生过程与关节模型重生过程类似。通过程序代码，即可调用装配模型中的各连杆模型，修改各连杆主要参数尺寸后便可实现整个装配组件的模型重生功能。

以基座为例介绍连杆模型参数化自动建模过程。点选图13(a)中的【关节模型】下级菜单中的【基座】按钮，打开其设计对话框。在对话框中输入设计修改参数，如图13(a)所示，点击【重生】按钮后便可得到如图13(b)所示的新的连杆零件三维模型，并自动关闭参数设置对话框。

打开“焊接机器人装配组件”对话框，点击右侧的各关节零件的相应按钮，即可打开在装配组件模型中的各连杆参数设置对话框，如图14所示；点击【基座】按钮时便可打开基座主要参数设置对话框，在“基座”对话框中修改输入主要参数后，点击【重生】按钮，生成如图15所示的新的装配组件模型。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.五关节焊接机器人参数化自动建模系统，其特征在于，包括界面菜单开发、机器人基础模型库、参数输入模型及重生模型，所述参数输入模型包括对话框设计和参数设置，所述参数设置包括参数名称、类型和初始值，所述机器人基础模型库包括关节参数化建模和装配组件参数化建模；所述关节参数化建模包括各关节三维模型、关节参数设置、关系设置，通过关系设置在参数和关节模型间引入“父子”关系，使参数与模型尺寸相关联；所述各关节三维模型包括基座、连杆1、连杆2、连杆3、连杆4和连杆5，所述装配组件参数化建模包括装配组件三维模型和装配组件参数设置；界面菜单包括系统主菜单、各关节菜单和装配组件菜单，所述对话框包括各关节对话框和装配组件对话框，所述机器人基础模型库和装配组件参数化建模是在Creo 3.0中已建立好的参数化模型；参数输入模型是通过VS 2012中C++调用函数而显示的UI对话框界面中实现的，从而实现三维模型的重生。

2.根据权利要求1所述的五关节焊接机器人参数化自动建模系统，其特征在于，所述五关节焊接机器人参数化自动建模系统实现包括关节参数化自动建模和装配组件参数化自动建模功能。

3.根据权利要求1所述的五关节焊接机器人参数化自动建模系统，其特征在于，界面菜单开发步骤包括菜单设计、编写资源文件、编写程序代码、注册编译以及Creo注册运行。

4.根据权利要求1所述的五关节焊接机器人参数化自动建模系统，其特征在于，所述各关节对话框中包括各关节的参考尺寸图片、参数设置及模型重生和退出按钮，通过对话框实现该焊接机器人各关节的参数化自动三维建模功能。

5.根据权利要求1所述的五关节焊接机器人参数化自动建模系统，其特征在于，所述装配组件对话框包括各关节尺寸的修改按钮以及打开各关节对话框的PushButton菜单按钮，实现根据修改各关节尺寸重新生成各关节三维模型。

6.根据权利要求1所述的五关节焊接机器人参数化自动建模系统，其特征在于，所述重生模型包括关节模型参数化重生和装配组件模型的参数化重生。

7.根据权利要求6所述的五关节焊接机器人参数化自动建模系统，其特征在于，所述关节模型参数化重生方法是先获取原始关节三维模型的设计参数，通过修改设计参数并更新至原始三维模型中，从而派生出新的关节三维模型。

8.根据权利要求6所述的五关节焊接机器人参数化自动建模系统，其特征在于，所述装配组件模型的参数化重生是在各关节间的约束关系不变的情况下，通过更改组件中各关节参数尺寸，相关参数在连杆模型的关系设置中已设置为与主要参数相关联，即可重生获得相应的装配组件模型。

9.根据权利要求1所述的五关节焊接机器人参数化自动建模系统，其特征在于，装配组件参数化建模是将设计过程中所使用的各种参数都存储在数据库中，便于系统和设计人员调用，装配方式包括自顶而下和自底而上。

10.根据权利要求1所述的五关节焊接机器人参数化自动建模系统，其特征在于，所述五关节焊接机器人各关节连接包括一个移动副和四个转动副，移动副的装配约束方式采用滑块连接，转动副装配约束方式采用销钉连接。

Images