[發明專利]一種避免線纜干涉約束的工業機器人軌跡規劃方法

有效

• 申請號: 201710985653.3
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107538493B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 李明富;童忠文;肖全玉
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種避免線纜干涉約束的工業機器人軌跡規劃方法，屬于軌跡規劃領域；其中包括工業機器人運動學模型的建立、線纜模型的建立、求解最佳跳轉點、軌跡插補。所述線纜數學模型的建立發明了一種線纜數學模型的建立方法；所述求解最佳跳轉點發明了一種基于智能優化算法求解帶線纜機器人軌跡規劃中避免線纜干涉約束的跳轉點求解方法；軌跡規劃發明了一種經跳轉點的軌跡插補方法；采用本發明的技術方案，可以得到運動時間較短且平穩，避免線纜干涉約束的工業機器人運動軌跡，降低了成本，提高了工業機器人在運動過程的安全性。

技術領域

本發明涉及機器人軌跡規劃領域，更具體地說，涉及一種避免線纜干涉約束下工業機器人軌跡規劃方法。

背景技術

工業機器人以其低成本，高效率，高柔性等特點在工業制造領域如焊接，裝配，搬運，磨削等多個方面得到應用，成為智能制造系統，數字化工廠，計算機集成制造系統的工作單元。為滿足不同工作任務類型需求，工業機器人末端通常連接內含氣管，導線，水管等裝置的柔性線纜用于安裝各類執行器。

機器人軌跡規劃是指根據任務需求，在滿足運動學和動力學約束條件下，計算出機器人預期運動軌跡，獲得運動過程中各關節的位置，速度，加速度，加加速度。機器人軌跡規劃方法分為：示教編程和離線編程。示教編程包括示教，記錄和軌跡再現，較為簡單，但效率低下，無法滿足復雜軌跡規劃的要求。離線編程是指通過計算機圖形學建立工作場景，利用軟件自動生成運動軌跡，因其能夠在不用訪問機器人本體的情況下進行軌跡規劃被廣泛采用。目前，國內外離線編程軟件提供機器人各關節間相互干涉和碰撞檢測功能，未考慮執行器末端柔性線纜與機器人間碰撞，擠壓以及自身扭轉過大的問題，導致線纜損壞，對工業機器人作業過程造成嚴重影響。軌跡規劃時常采用手動插入路徑點，憑經驗判斷線纜干涉與否及軌跡的可行性，缺少有效的線纜移動端軌跡插補和優化策略，降低軌跡規劃效率和機器人工作安全性。

綜上所述，為提高軌跡的可行性和規劃效率，增強帶線纜工業機器人工作的安全性，尋找有效的移動端線纜的軌跡插補策略和進行多目標的軌跡優化具有重要的現實意義。

發明內容

針對上述問題，本發明目的在于公開一種避免線纜干涉約束的工業機器人軌跡規劃方法，解決現有工業機器人軌跡規劃中線纜干涉問題，并以軌跡長度和平滑性作為優化目標函數，建立多目標優化模型，采用智能優化算法尋求多目標工業機器人最優軌跡。

為了實現上述目的，本發明的技術方案主要包括以下步驟：

步驟1、通過機器人結構圖紙獲取D-H參數信息，根據修正的D-H參數法建立機器人運動學模型，求得正反解；

步驟2、建立線纜移動端和固定端坐標系，通過笛卡爾空間坐標變換法得到線纜移動端與固定端在基坐標系下的位姿變換矩陣；

步驟3、確定帶線纜機器人軌跡的優化目標函數和約束條件，建立多目標優化數學模型，采用智能優化算法對多目標優化問題進行求解并得到最佳跳轉點，并以螢火蟲算法為例，對上述問題進行求解，其余智能優化算法可類同。

所述的多目標優化的數學模型為：

優化目標函數：F_G＝ω₁.f_l+ω₂.f_j+ω₃.f_ob

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