[發(fā)明專利]一種基于投影和距離判斷的工業(yè)機(jī)器人碰撞預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710321118.8
• 申請(qǐng)日: 2017-05-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107336230B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張立彬;王佳才;陳教料;胥芳;鮑官軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

一種基于投影和距離判斷的工業(yè)機(jī)器人碰撞預(yù)測(cè)方法，對(duì)于運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)的碰撞，采用一種檢測(cè)關(guān)節(jié)投影干涉情況然后判斷關(guān)鍵點(diǎn)距離的方法進(jìn)行碰撞檢測(cè)：將機(jī)器人關(guān)節(jié)向速度向量的法平面投影，若關(guān)節(jié)投影發(fā)生干涉則對(duì)關(guān)節(jié)軸線上各關(guān)鍵點(diǎn)最短距離進(jìn)行判斷，若小于運(yùn)行時(shí)的安全距離則認(rèn)為存在碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明提供了一種控制精度較高、有效實(shí)現(xiàn)避障、安全性較高的基于投影和距離判斷的工業(yè)機(jī)器人碰撞預(yù)測(cè)方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種工業(yè)機(jī)器人碰撞預(yù)測(cè)方法，尤其是一種兩個(gè)工業(yè)機(jī)器人在同一工作空間運(yùn)動(dòng)時(shí)的碰撞預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

近十幾年工業(yè)機(jī)器人的制造和控制技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于汽車制造業(yè)并能達(dá)到很高的控制精度。隨著我國(guó)勞動(dòng)力成本增加，在“機(jī)器換人”和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的要求下各行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)水平亟需提高。應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人能夠避免重復(fù)繁瑣的人工勞動(dòng)、實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定、高精度生產(chǎn)，從而使工作效率得到很大提升。對(duì)單個(gè)機(jī)器人的路徑、軌跡規(guī)劃大多能通過(guò)人工示教完成，所以已經(jīng)有越來(lái)越多的工廠使用可編程的工業(yè)機(jī)器人代替生產(chǎn)線上的人工。但是對(duì)于一類需要兩個(gè)機(jī)器人互相協(xié)調(diào)配合才能完成的任務(wù)，如何讓機(jī)器人既能夠自主避免可能出現(xiàn)的干涉和碰撞又能快速準(zhǔn)確地完成任務(wù)，這便要求機(jī)器人在協(xié)作運(yùn)動(dòng)的同時(shí)能夠?qū)赡艹霈F(xiàn)的碰撞作出可靠的預(yù)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有工業(yè)機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法中無(wú)法有效預(yù)測(cè)碰撞、安全性較低的不足，本發(fā)明提供了一種控制精度較高、有效實(shí)現(xiàn)碰撞預(yù)測(cè)、安全性較高的基于投影和距離判斷的工業(yè)機(jī)器人碰撞預(yù)測(cè)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于投影和距離判斷的工業(yè)機(jī)器人碰撞預(yù)測(cè)方法，對(duì)于運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)的碰撞，采用一種檢測(cè)關(guān)節(jié)投影干涉情況然后判斷關(guān)鍵點(diǎn)距離的方法進(jìn)行碰撞檢測(cè)：將機(jī)器人關(guān)節(jié)向速度向量的法平面投影，若關(guān)節(jié)投影發(fā)生干涉則對(duì)關(guān)節(jié)軸線上各關(guān)鍵點(diǎn)最短距離進(jìn)行判斷，若小于運(yùn)行時(shí)的安全距離則認(rèn)為存在碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。

進(jìn)一步，所述碰撞預(yù)測(cè)方法包括以下步驟：

步驟1：機(jī)器人關(guān)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化處理

對(duì)于兩個(gè)機(jī)器人同時(shí)作業(yè)，按照關(guān)節(jié)幾何形狀，采用半球端面圓柱體包絡(luò)兩個(gè)關(guān)節(jié)從而得到標(biāo)準(zhǔn)化后的關(guān)節(jié)邊界。

步驟2：求解運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的安全距離

將兩球面端點(diǎn)連線得到關(guān)節(jié)軸線，計(jì)其長(zhǎng)度為l_i，i＝1,2；并得到圓柱體半徑為r_i，在各軸線按等間距取個(gè)點(diǎn)作為計(jì)算關(guān)節(jié)距離的關(guān)鍵點(diǎn)記為根據(jù)關(guān)節(jié)軸線上所取關(guān)鍵點(diǎn)可得兩關(guān)節(jié)碰撞時(shí)的臨界距離：

根據(jù)d_hit設(shè)定碰撞檢測(cè)的極限距離d_lim＝k₁*d_hit以及安全距離d_safe＝k₂*d_hit，k₁,k₂為安全系數(shù)；

步驟3：碰撞預(yù)測(cè)

根據(jù)關(guān)節(jié)角位移以及瞬時(shí)角速度可由正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解得各關(guān)鍵點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)以及關(guān)節(jié)末端速度向量V_F，將投影到V_F向量的法平面得到關(guān)鍵點(diǎn)的投影點(diǎn)判斷各投影點(diǎn)之間的最小距離d′若：

則說(shuō)明兩個(gè)關(guān)節(jié)在速度向量法平面的投影發(fā)生干涉，則進(jìn)一步判斷各關(guān)節(jié)關(guān)鍵點(diǎn)之間最短距離d，若有：

d＝min{‖P₁₁-P₂₁‖,‖P₁₁-P₂₂‖,‖P₁₁-P₂₃‖…‖P₁₁-P₂₄‖}d_safe