[發明專利]工業機器人平滑抓取移動物體的運動規劃系統及其方法

有效

• 申請號: 201710500906.3
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107414825B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 尚偉偉;張馳;叢爽;宋方井
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種工業機器人平滑抓取移動物體的運動規劃系統及其方法，包括平滑抓取模型構建模塊，避障算法模塊，平滑抓取算法模塊；平滑抓取模型構建模塊用于描述目標位置與末端執行器之間的相對關系，以及障礙物和工業機器人手臂平面的關系，產生吸引向量和排斥向量；避障算法模塊用于產生避開障礙物的運動，躲避運動的障礙物；平滑抓取算法模塊在障礙物離開免碰撞區域內的條件下，根據吸引向量及目標物體的速度作為輸入，經過平滑抓取算法，產生平滑抓取的運動，從而實現平滑抓取。本發明能實現在復雜工業環境下工業機器人在工作空間內平滑的抓取運動物體，從而避免對待抓取物體的損傷。

技術領域

本發明涉及機器人系統的物體操作技術，具體涉及工業機器人的平滑抓取移動物體的運動規劃系統及其方法。

背景技術

機器人在靜態環境中的抓取操作技術日趨成熟，廣泛應用于工業場景下，諸如搬運、裝配等，但是當前的工業環境下的抓取操作技術都是點到點的操作，對于易碎脆弱的物體而言，這樣的物體抓取操作極易造成物體的損傷，因此，考慮對脆弱易碎物體的平滑抓取操作就成了一項艱難且必要的任務，為此，工業機器人平滑抓取移動物體也就成為了當前工業環境中急需的一項關鍵技術。

對于平滑的抓取移動物體，需要產生一條平滑的運動軌跡來保證抓取的順利，一個平滑抓取移動物體的運動規劃方法通常包括：

(1)檢測環境中物體的技術；

(2)針對環境中可能存在的障礙物進行全身避障操作；

(3)平滑抓取的算法；

(4)機器人的控制；

當前，獲取環境中物體的位置的技術是相對成熟的，能夠快速的檢測出來，但是，能夠平滑的抓取移動的物體是比較困難的，且還要考慮到環境可能存在的障礙物，并產生機器人的全身避障操作，這又給平滑抓取帶來了更大的挑戰。

發明內容

本發明針對工業環境中的待抓取的移動物體的不足之處，提出一種工業機器人平滑抓取移動物體的運動規劃系統及其方法，以期能實現在復雜工業環境下工業機器人在工作空間內平滑的抓取運動物體，從而避免對待抓取物體的損傷。

本發明為達到上述發明目的，采用如下技術方案：

本發明一種工業機器人平滑抓取移動物體的運動規劃系統的特點是應用于由工業機器人、攝像頭、傳送帶、目標物體和障礙物所組成的工業環境中，在所述傳送帶的一側設置有工業機器人，在所述傳送帶的另一側設置有所述攝像頭；所述攝像頭的視場為所述工業機器人的工作空間；所述傳送帶上放置有所述目標物體；所述工業機器人包含由肩關節、肘關節和腕關節構成的手臂平面和末端執行器；分別選取所述工業機器人的肘關節、腕關節、肩關節和肘關節之間連桿的中點以及肘關節和腕關節之間連桿的中點為球心，并以為半徑的四個球體共同作為所述工業機器人的免碰撞區域；所述運動規劃系統包括：平滑抓取模型構建模塊，避障算法模塊，平滑抓取算法模塊；

所述平滑抓取模型構建模塊根據所述攝像頭視場內的目標物體和所述工業機器人的末端執行器之間的相對關系構建當前時刻的吸引向量；并通過在間隔時間Δt內吸引向量的變化量，來估算所述目標物體的速度，從而得到下一時刻的吸引向量；

所述平滑抓取模型構建模塊根據所述攝像頭視場內的障礙物和所述工業機器人的各個關節之間的距離向量以及所述免碰撞區域，構建所述工業機器人的手臂平面和所述障礙物之間的排斥向量；

所述避障算法模塊是以所述障礙物與所述工業機器人的各個關節之間的距離向量作為輸入來判斷所述障礙物是否出現在所述免碰撞區域內，若出現，則根據所述排斥向量，計算所述工業機器人的位置，從而避開所述障礙物；