具体实施方式

如图1所示，本发明一种机器人刀库换刀控制方法，包括如下步骤：

步骤1：根据刀库墙和外部刀库的结构，对刀库墙和外部刀库进行参数配置，参数包括刀座数量、刀座号、每个刀座的理论偏移量和实际偏移量；

具体实施时，对刀座数量进行配置具体为：对矩阵式刀库墙和外部刀库的每行所装刀座的数量和矩阵式刀库墙的行数进行配置。

具体实施时，对刀库墙中刀座的理论偏移量进行配置具体为：在刀库墙坐标系下，配置每行相邻两刀座之间的X向偏移量和相邻两行刀座之间Y向的距离，Z向理论偏移量为0。

具体实施时，对外部刀库中刀座的理论偏移量进行配置具体为：在外部刀库坐标系下，配置每行相邻两刀座之间的X向偏移量和相邻两行刀座之间Y向的距离，Z向理论偏移量为0。

具体实施时，对刀座的实际偏移量进行配置具体为：在刀库墙或外部刀库坐标系下，当个别刀座位置由于制造、装配误差而导致无法正常完成换刀动作时，在理论偏移量基础上沿X、Y和Z方向再叠加一个实际偏移量，使机器人能够完成该刀座的换刀动作。

具体实施时，机器人采用三点法建立刀库墙和外部刀库的坐标系。刀库墙坐标系和外部刀库坐标系是以其基准刀座为原点，基准刀座所在行为X向，基准刀座所在列为Y向。以刀库墙坐标系举例说明建立坐标系时三点的选取方法；

选取的原点是基准刀座，在基准刀座记录原点，第二个点是本行最右侧刀座，第三个点是最右侧刀座上方或者下方的刀座。

步骤2：接收换刀指令，判断换刀指令类型，并将机器人状态更改为“换刀动作执行中”；

步骤3：如果换刀指令为来自机床数控系统的内部换刀指令，则执行内部换刀流程，根据新刀和旧刀在刀库墙的刀座号、相应刀座的理论偏移量和实际偏移量计算相应刀座坐标，完成新刀和旧刀的替换，具体为：

步骤3.1：根据换刀指令中的新刀在刀库墙的刀座号、理论偏移量和实际偏移量，计算新刀的刀座坐标；

步骤3.2：按照新刀的刀座坐标，指令机器人移动到抓取位置并检测新刀的刀座内是否有刀；

步骤3.3：如果检测到新刀的刀座有刀，则执行抓取新刀，否则报警；

步骤3.4：将新刀移动到刀具RFID校验位，校验夹取的新刀是否与换刀指令中的刀具名称相符；

步骤3.5：如不相符，则显示报警信息并将夹取的新刀放回原位，机器人退出刀库墙回原点；如果相符，则机器人将新刀放置到第一缓存位；

步骤3.6：数控机床完成将旧刀放置于第二缓存位，并抓取第一缓存位的新刀后，发送刀具交换完成指令；

步骤3.7：机器人从第二缓存位抓取旧刀，按照旧刀的刀座坐标，指令机器人移动到放置位置并检测旧刀的刀座内是否有刀；

步骤3.8：如果检测到旧刀的刀座无刀，则执行放置旧刀，否则报警；

步骤3.9：完成内部换刀流程，将机器人状态信号更改为“空闲”。

具体实施时，内部换刀时计算刀库墙中刀座坐标具体为：

1）设置刀库墙的基准刀座；

2）通过机器人示教获得刀库墙坐标系下的刀库墙的基准刀座坐标；

3）以刀库墙的基准刀座坐标为参照，根据刀座号和理论偏移量计算刀库墙其他刀座的理论坐标；

4）在刀库墙中刀座的理论坐标的基础上，加减X、Y、Z向的实际偏移量，获得刀库墙中各个刀座坐标，其中实际偏移量通过示教得出。

步骤4：如果换刀指令为来自外部刀库系统的外部换刀指令，则执行外部换刀流程，根据旧刀和新刀在刀库墙的刀座号、旧刀和新刀在外部刀库的刀座号以及相应刀座的理论偏移量和实际偏移量计算相应刀座坐标，完成外部刀库中新刀和刀库墙中旧刀的替换，具体为：

步骤4.1：根据换刀指令中的旧刀在刀库墙和外部刀库的刀座号、相应刀座的理论偏移量和实际偏移量，分别计算旧刀在刀库墙和外部刀库中的刀座坐标；

步骤4.2：按照旧刀在刀库墙中的刀座坐标，指令机器人移动到抓取位置并检测旧刀在刀库墙中的刀座内是否有刀；

步骤4.3：如果检测到旧刀在刀库墙中的刀座有刀，则执行抓取旧刀，否则报警；

步骤4.4：按照旧刀在外部刀库中的刀座坐标，指令机器人移动到放置位置并检测旧刀在外部刀库中的刀座内是否有刀；

步骤4.5：如果检测到旧刀在外部刀库中的刀座无刀，则执行放置旧刀，否则报警；

步骤4.6：根据换刀指令中的新刀在刀库墙和外部刀库的刀座号、相应刀座的理论偏移量和实际偏移量，分别计算新刀在刀库墙和外部刀库中的刀座坐标；

步骤4.7：按照新刀在外部刀库中的刀座坐标，指令机器人移动到抓取位置并检测新刀在外部刀库中的刀座内是否有刀；

步骤4.8：如果检测到新刀在外部刀库中的刀座有刀，则执行抓取新刀，否则报警；

步骤4.9：将新刀移动到刀具RFID校验位，校验夹取的新刀是否与换刀指令中的刀具名称相符；

步骤4.10：如不相符，则显示报警信息并将夹取的新刀放回原位，机器人退出外部刀库回原点；如果相符，则机器人按照新刀在刀库墙中的刀座坐标，移动到放置位置并检测新刀在刀库墙中的刀座内是否有刀；

步骤4.11：如果检测到新刀在刀库墙中的刀座无刀，则执行放置新刀，否则报警；

步骤4.12：完成外部换刀流程，将机器人状态信号更改为“空闲”。

具体实施时，外部换刀时计算外部刀库中刀座坐标具体为：

1）设置外部刀库的基准刀座；

2）通过机器人示教获得外部刀库坐标系下的外部刀库的基准刀座坐标；

3）以外部刀库的基准刀座坐标为参照，根据刀座号和理论偏移量计算外部刀库其他刀座的理论坐标；

具体实施时，已知基准刀座的坐标，根据刀座号和理论偏移量可以计算出其他刀座与基本刀座的理论X向距离和理论Y向距离，进而求出其他刀座的理论坐标。

4）在外部刀库中刀座的理论坐标的基础上，加减X、Y、Z向的实际偏移量，获得外部刀库中各个刀座坐标，其中实际偏移量通过示教得出。

具体实施时，当机器人同时接收到来自机床数控系统的内部换刀请求和来自外部刀库系统的外部换刀请求时，机器人优先执行内部换刀流程，内部换刀流程执行完成后，外部刀库系统再发送外部换刀请求。

如图2所示，本发明的一种机器人刀库换刀控制系统，包括：

换刀指令解析模块，用于接收换刀指令，判断换刀指令类型。内部换刀模块，用于根据新刀和旧刀在刀库墙的刀座号、相应刀座的理论偏移量和实际偏移量计算相应刀座坐标，完成新刀和旧刀的替换。外部换刀模块，根据旧刀和新刀在刀库墙的刀座号、旧刀和新刀在外部刀库的刀座号、相应刀座的理论偏移量和实际偏移量计算相应刀座坐标，完成外部刀库和刀库墙间刀具的替换。刀具有无检测模块，用于检测刀座内是否放置刀具，通过机器人抓取端设置光电传感器，检测刀座内是否有障碍物实现。RFID校验模块，用于读取刀具的RFID芯片与换刀指令中的刀具名称进行对比。参数配置模块，用于对刀库墙和外部刀库进行参数配置并调用换刀指令解析模块、内部换刀模块、外部换刀模块、刀具有无检测模块和RFID校验模块，参数包括刀座数量、刀座号、每个刀座的理论偏移量和实际偏移量。

参数配置模块，供人工输入界面对刀抓类型进行配置，同时对刀库墙和外部刀库进行参数配置。

所述内部换刀模块包括：内部取刀子模块、内部放刀子模块和刀库墙刀座坐标计算子模块。内部取刀子模块具体包括：主轴取刀动作、缓存位取刀动作和刀库墙刀座取刀动作。

主轴取刀动作需与机床通过总线或无源信号通讯，协同完成取刀动作，包括预备取刀、刀具夹持、主轴刀具松开、取刀完成退出等动作。

缓存位取刀动作包括：预备取刀、刀座有无刀检测、抓刀、取刀后退出等动作。

刀库墙刀座取刀、外部刀库刀座取刀动作包括：预备取刀、刀座有无刀检测、抓刀、刀具RFID芯片检验、取刀后退出等动作。

内部放刀子模块包括：主轴放刀动作、缓存位放刀动作、刀库墙刀座放刀动作。

主轴放刀动作需与机床通过总线或无源信号通讯，协同完成取刀动作，包括：预备放刀、主轴松开刀具夹取装置、刀具直线送入主轴、主轴夹刀、机器人松刀、放刀完成退出等动作。

缓存位放刀动作包括：预备放刀、缓存位刀座有无刀检测、抓放刀、放刀后退出等动作。

刀库墙刀座放刀动作、外部刀库刀座放刀动作包括：预备放刀、刀座有放刀检测、松刀、取刀后退出等动作。

所述外部换刀模块包括：外部取刀子模块、外部放刀子模块和外部刀库刀座坐标计算子模块。外部取刀子模块包括外部刀库取刀动作和刀库墙取刀动作。外部放刀子模块包括外部刀库放刀动作和刀库墙放刀动作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，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。