[發明專利]一種針對機器人圓弧軌跡運動的位姿同步方法和裝置

有效

• 申請號: 201810322496.2
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108549322B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 陳盛花;劉勇;林炯輝;倪曉偉;黃昕
• 申請（專利權）人: 廣州啟帆工業機器人有限公司
• 主分類號: G05B19/408
• 分類號: G05B19/408
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 譚英強

本發明公開了一種針對機器人圓弧軌跡運動的位姿同步方法和裝置。所述方法包括采集位姿數據、計算四元數、建立四元數姿態樣條曲線、進行速度規劃并獲得各插補節點、計算四元數姿態和歐拉角姿態和計算合成位姿等步驟；所述裝置包括用于存儲程序的存儲器和用于加載程序以執行本發明方法的處理器。本發明可避免難以采集機器人圓弧軌跡圓心的問題，更好地逼近加工曲面軌跡，使得機器人的姿態變化達到二階連續，實現位姿在中間點的同步，將對姿態的規劃轉換為對姿態節點的規劃，避免將姿態積分為角度再進行規劃、再反向插值為節點的繁瑣過程，并且可以避免物理量之間轉換時各變量物理意義不明確的情況。本發明廣泛應用于機器人自動控制技術領域。

技術領域

本發明涉及機器人自動控制技術領域，尤其是一種針對機器人圓弧軌跡運動的位姿同步方法和裝置。

背景技術

名詞解釋

示教：即軌跡規劃，其主要包括以下過程：首先確定機器人完成特定工作所必須經過的關鍵點，即示教點，并記錄各個示教點處的位置和姿態(簡稱為“位姿”)信息，然后確定各個示教點之間的路徑類型(直線、圓弧、樣條曲線和自由曲線等)，最后確定運動規律，即確定位姿、速度和加速度等與時間的對應關系，以供機器人執行。

機器人的軌跡規劃對機器人運動的平穩定和高速性有重要的決定作用。機器人的軌跡規劃包括位置規劃和姿態規劃，位置規劃和姿態規劃兩者本身已有成熟的現有算法，如位置規劃包括速度規劃和插補規劃；姿態規劃作為獨立規劃時包括歐拉角表示、旋轉矩陣表示和四元數表示等，由于歐拉角的奇異點和旋轉矩陣的正交性，使得這兩種方法在面對隨機路徑時難以應用，而四元數姿態具有無奇異和易于插補的特點，目前常用四元數作為姿態描述方式。

當機器人在示教點處速度不為零且要求機器人的位置和姿態在示教點處同時到達時，需要對位置和姿態進行同步規劃，而位置和姿態同步規劃面對的問題是無法歸一變量。特別是機器人用于圓柱面和球面的加工時，需要進行圓弧軌跡的位置和姿態同步規劃，還會進一步面對這一領域特有的問題，即由于機器人加工軌跡的特征點需要通過示教器采集獲取，這樣便難以確定圓弧軌跡的圓心位置；許多常用工藝要求在示教點處機器人執行器處于特定的姿態，在保證姿態連續的前提下還要使得姿態通過示教點姿態，且姿態到達示教點時，位置也需要同時到達示教點位置，這使得機器人的位置與姿態難以同步、姿態難以保證連續，還有可能出現奇異點。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的第一目的在于提供一種針對機器人圓弧軌跡運動的位姿同步方法，第二目的在于提供一種針對機器人圓弧軌跡運動的位姿同步裝置。

本發明所采取的第一技術方案是：

一種針對機器人圓弧軌跡運動的位姿同步方法，包括以下步驟：

S1.分別采集機器人圓弧軌跡運動的起始點、中間點和末端點的位姿數據；所述起始點、中間點和末端點為機器人工作空間中任意三個不共線的點；所述位姿數據包括位置坐標和歐拉角姿態；

S2.分別計算起始點、中間點和末端點的歐拉角姿態對應的四元數；

S3.以起始點、中間點和末端點作為控制點，根據其對應的四元數，建立四元數姿態樣條曲線；

S4.對起始點、中間點和末端點所在圓弧進行速度規劃，從而獲得各插補節點；所述各插補節點分別對應各自的插補周期；

S5.將各插補節點代入四元數姿態樣條曲線，分別計算得到各個插補周期對應的四元數姿態；

S6.將各四元數姿態分別轉換成對應的歐拉角姿態；

S7.將各歐拉角姿態分別與同一插補周期中對應的位置坐標進行合成，從而得到合成位姿；

S8.根據合成位姿，計算機器人各關節在各個插補周期中對應的角度增量；所述角度增量用于控制機器人各關節。