[發(fā)明專利]一種基于位置和姿態(tài)約束的機(jī)器人小線段前瞻規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810463150.4
• 申請(qǐng)日: 2018-05-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108594757B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉彥斐;吳樂(lè)平;程偉國(guó);周伯榮;竇祥星;周堅(jiān)強(qiáng);祁連祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京旭上數(shù)控技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G05B19/19
• 分類號(hào): G05B19/19
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 劉暢

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于位置和姿態(tài)約束的機(jī)器人小線段前瞻規(guī)劃方法，采用小線段前瞻規(guī)劃方法獲得機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)角速度規(guī)劃數(shù)據(jù)，其特征在于采用融合速度向量替代線性速度作為前瞻規(guī)劃方法中的規(guī)劃量，其中：v₁、v₂、v₃表示末端坐標(biāo)系原點(diǎn)沿著基坐標(biāo)X、Y、Z軸方向運(yùn)動(dòng)的線速度，ω₁，ω₂，ω₃表示歐拉角的角速度。本發(fā)明對(duì)姿態(tài)和位置同時(shí)起到約束作用，可以有效避免機(jī)器人末端坐標(biāo)系的姿態(tài)或位置其中任意一個(gè)或同時(shí)產(chǎn)生突變，若姿態(tài)不變，線速度可以達(dá)到設(shè)定的最大值，效率高，同時(shí)將姿態(tài)速度與線速度融合為一個(gè)量，被控量減少，計(jì)算更加簡(jiǎn)單、運(yùn)算速度更快。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人按照一定軌跡對(duì)曲面、曲線進(jìn)行焊接、噴涂、裝配和加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，工業(yè)機(jī)器人廣泛運(yùn)用于焊接、噴涂、裝配和加工領(lǐng)域。有時(shí)需要機(jī)器人沿著特定的曲線運(yùn)行，通過(guò)傳統(tǒng)的示教方式很難得到所需要的軌跡路徑。這時(shí)需要借助離線編程軟件將該曲線劃分為很多段小的直線和圓弧。在常規(guī)的軌跡規(guī)劃中，對(duì)每條小線段做加減速處理使線段兩端速度為零，這種方法不僅需要電機(jī)頻繁啟停，而且導(dǎo)致末端運(yùn)行速度始終較低，達(dá)不到要求。

在末端坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)時(shí)，已有的前瞻算法只考慮了末端坐標(biāo)系原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的線速度規(guī)劃，未考到末端坐標(biāo)系姿態(tài)的變化。在實(shí)際使用中，坐標(biāo)系姿態(tài)可能會(huì)在瞬間產(chǎn)生較大的躍變，對(duì)電機(jī)沖擊較大；采用對(duì)加權(quán)融合速度進(jìn)行規(guī)劃，對(duì)姿態(tài)和位置同時(shí)起到約束作用，可以有效避免機(jī)器人末端坐標(biāo)系的姿態(tài)或位置其中任意一個(gè)或同時(shí)產(chǎn)生突變，若姿態(tài)不變，線速度可以達(dá)到設(shè)定的最大值，效率高，同時(shí)將姿態(tài)速度與線速度融合為一個(gè)量，被控量減少，計(jì)算更加簡(jiǎn)單、運(yùn)算速度更快。采用分段平滑指數(shù)加減數(shù)做速度規(guī)劃，不僅速度連續(xù)，而且加速度連續(xù)，柔性沖擊小，與梯形加減速相比不僅保證速度連續(xù)，而且加速度連續(xù)，不存在加速度躍變，避免柔性沖擊，保證較高的柔性；與S型曲線加減速相比，在保證加速度連續(xù)同時(shí)，加速度增長(zhǎng)更快，效率更高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出了一種基于位置和姿態(tài)約束的機(jī)器人小線段前瞻規(guī)劃方法。

技術(shù)方案：該方法采用小線段前瞻規(guī)劃方法獲得機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)角速度規(guī)劃數(shù)據(jù)，并采用融合速度向量替代線性速度作為前瞻規(guī)劃方法中的規(guī)劃量，其中：v₁、v₂、v₃表示末端坐標(biāo)系原點(diǎn)沿著基坐標(biāo)X、Y、Z軸方向運(yùn)動(dòng)的線速度，ω₁，ω₂，ω₃表示歐拉角的角速度。

在更優(yōu)的實(shí)施方式中，融合速度經(jīng)加權(quán)后獲得加權(quán)融合速度向量替代線性速度作為前瞻規(guī)劃方法中的規(guī)劃量，其中σ為縮放系數(shù)由用戶設(shè)定。

優(yōu)選的前瞻規(guī)劃方法中，包括確定前瞻段數(shù)、當(dāng)前第i段段末融合速度以及當(dāng)前段加權(quán)融合速度V(t)與時(shí)間t的關(guān)系規(guī)劃的步驟，所述三個(gè)步驟均采用分段平滑指數(shù)加減速曲線對(duì)速度進(jìn)行規(guī)劃，加速度公式如下：

其中A_m為允許最大融合加速度，由用戶設(shè)定；t_u為加速總時(shí)間，時(shí)間t單位為s；V₀表示在初始速度為0的前提下，按上述加減速函數(shù)加速0.5秒后的速度，V₀＝V(0.5)＝A_m(1-1.5e^-0.5)；

本發(fā)明的具體步驟為：

(1)利用離線編程軟件根據(jù)機(jī)器人需要運(yùn)動(dòng)的軌跡路徑，生成機(jī)器人末端坐標(biāo)系離散位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)，然后求取每一段的融合路徑長(zhǎng)度L_i