[發明專利]一種基于軌跡優化的機器人振動控制器及方法

有效

• 申請號: 201710432259.7
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107160396B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 李正剛;徐進榮;陳立;金晶;黃川;陳鵬
• 申請（專利權）人: 杭州新松機器人自動化有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/04
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 俞潤體;劉正君

1.一種基于軌跡優化的機器人振動控制器，其特征在于包括依次相連的任務輸入模塊、調整模塊、控制輸出模塊，調整模塊包括依次相連的軌跡規劃單元、運動學求解單元、振動檢測單元和軌跡優化單元，任務輸入模塊與軌跡規劃單元相連，軌跡優化單元與控制輸出模塊相連；

軌跡規劃單元：根據輸入的操作任務，生成末端執行器在操作空間離散化的操作任務坐標序列；

運動學求解單元：根據操作任務坐標序列，執行運動學逆解計算，生成控制機器人運動所需的關節位形指令序列；

振動檢測單元：根據關節位形指令序列通過差分運算獲得機器人執行操作任務所需的關節速度曲線，并根據各個關節的共振速度核心區間，判斷相應關節是否引發系統振動；

軌跡優化單元：根據判斷結果對振動區間段的速度軌跡進行優化調整。

2.一種基于軌跡優化的機器人振動控制方法，采用權利要求1中的控制器，其特征是包括以下步驟：

S1.確定機器人各關節共振速度調節區間；

S2.根據輸入操作任務生成操作任務軌跡；

S3.對任務軌跡進行運動學求解，獲得控制機器人運動所需的關節位形指令序列；

S4.根據關節位形指令序列對各關節振動進行預判斷；

S5.對關節在振動區間段的速度曲線進行優化調整；

S6.根據優化后的速度曲線轉換成關節位形指令序列。

3.根據權利要求2所述的一種基于軌跡優化的機器人振動控制方法，其特征是步驟S1中各關節共振速度調節區間的獲取步驟包括：

S11.根據機器人系統固有振動系數計算得到共振速度v₀，根據機器人剛性和機械系數獲得共振速度核心區間[v₁₀ v₂₀]；

S12.根據共振速度核心區間[v₁₀ v₂₀]設定關節的共振速度調節區間[v₁ v₂]。

4.根據權利要求2所述的一種基于軌跡優化的機器人振動控制方法，其特征是步驟S2中操作任務軌跡生成步驟包括：

S21.根據輸入的操作任務生成操作任務空間內末端執行器連續運動的軌跡曲線；

S22.將運動軌跡曲線離散化，獲得操作任務空間內的任務位置/姿態目標點序列。

5.根據權利要求4所述的一種基于軌跡優化的機器人振動控制方法，其特征是步驟S3中關節位形指令序列獲取具體過程為：根據機器人系統的結構參數，對任務位置/姿態目標點序列進行運動學求解，得到機器人操作任務所對應的關節空間位形坐標，將關節位形坐標作為關節位形指令序列。

6.根據權利要求5所述的一種基于軌跡優化的機器人振動控制方法，其特征是步驟S4中對各關節振動進行預判斷的具體過程包括：

S41.根據關節位形指令序列，通過差分運算獲得相應關節運動對應的速度，并生成速度曲線；

S42.根據獲得的共振速度核心區間，檢測是否有關節的運動速度進入共振速度核心區間并發生共振；

S43.若有則確定相應關節在進入和離開共振速度調節區間時該關節位形坐標、關節速度和關節加速度。

7.根據權利要求6所述的一種基于軌跡優化的機器人振動控制方法，其特征是步驟S5中優化調整的具體步驟包括：

S51.記關節速度曲線在共振速度v₀時對應的關節位形坐標p₀，關節加速度a₀，對應的時刻t₀；

關節速度曲線在共振速度調節區間邊界v₂處時對應的關節位形坐標p₂，關節加速度a₂，對應的時刻t₂；

關節速度曲線在共振速度調節區間邊界v₁處時對應的關節位形坐標p₁，關節加速度a₁，對應的時刻t₁；

S52.對關節位形坐標進行五階多項式規劃，設關節位形坐標p對應的五階多項式曲線為

p(t)＝a·t⁵+b·t⁴+c·t³+d·t²+e·t¹+f·t⁰，

其中a、b、c、d、e、f為多項式參數，

關節對應的速度曲線為

關節對應的加速度曲線為

S53.將關節共振速度v₀處關節加速度調整為k·a₀，其中k為調節參數，k≥1；

將關節共振速度v₀處對應的關節坐標調整為λp₁+(1-λ)p₂，其中為λ調節參數，λ∈[0.51]；

S54.分別對共振速度調節子區間[v₁ v₀]和[v₀ v₂]內的關節速度進行規劃調整，

共振速度調節子區間[v₁ v₀]的邊界約束條件為：

p₁＝p(t₁)＝a·t₁⁵+b·t₁⁴+c·t₁³+d·t₁²+e·t₁¹+f·t₁⁰

v₁＝v(t₁)＝5a·t₁⁴+4b·t₁³+3c·t₁²+2d·t₁¹+1e·t₁⁰

a₁＝a(t₁)＝20a·t₁³+12b·t₁²+6c·t₁¹+2d·t₁⁰

λp₁+(1-λ)p₂＝a·t₀⁵+b·t₀⁴+c·t₀³+d·t₀²+e·t₀¹+f·t₀⁰

v₀＝v(t₀)＝5a·t₀⁴+4b·t₀³+3c·t₀²+2d·t₀¹+1e·t₀⁰

k·a₀＝a(t₀)＝20a·t₀³+12b·t₀²+6c·t₀¹+2d·t₀⁰

根據上述邊界約束條件求出共振速度調節子區間[v₁ v₀]對應的多項式系數a、b、c、d、e、f；

共振速度調節子區間[v₀ v₂]的邊界約束條件為：

p₂＝p(t₂)＝a·t₂⁵+b·t₂⁴+c·t₂³+d·t₂²+e·t₂¹+f·t₂⁰

v₂＝v(t₂)＝5a·t₂⁴+4b·t₂³+3c·t₂²+2d·t₂¹+1e·t₂⁰

a₂＝a(t₂)＝20a·t₂³+12b·t₂²+6c·t₂¹+2d·t₂⁰

λp₁+(1-λ)p₂＝a·t₀⁵+b·t₀⁴+c·t₀³+d·t₀²+e·t₀¹+f·t₀⁰

v₀＝v(t₀)＝5a·t₀⁴+4b·t₀³+3c·t₀²+2d·t₀¹+1e·t₀⁰

k·a₀＝a(t₀)＝20a·t₀³+12b·t₀²+6c·t₀¹+2d·t₀⁰

根據上述邊界約束條件求出共振速度調節子區間[v₀ v₂]對應的多項式系數a、b、c、d、e、f；

S55.根據共振速度調節子區間[v₁ v₀]和[v₀ v₂]內求得的多項式系數，分別確定共振速度調節子區間內的速度曲線，完成對關節速度的調節。