[發明專利]一種鑄錠過程動態除渣的機器人軌跡規劃方法有效
| 申請號： | 201911131719.8 | 申請日： | 2019-11-19 |
| 公開（公告）號： | CN111014594B | 公開（公告）日： | 2021-11-26 |
| 發明（設計）人： | 徐德剛;雷逸凡;洪松濤;蘇志芳;陽春華;桂衛華 | 申請（專利權）人： | 中南大學 |
| 主分類號： | B25J9/16 | 分類號： | B25J9/16 |
| 代理公司： | 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114 | 代理人： | 歐陽迪奇 |
| 地址： | 410083 湖南*** | 國省代碼： | 湖南;43 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 鑄錠 過程 動態 機器人 軌跡 規劃 方法 | ||
1.一種鑄錠過程動態除渣的機器人軌跡規劃方法，包括鑄模流水線和設置在鑄模流水線一側的機器人，所述的鑄模流水線用于傳輸多個鑄模朝一個方向運動，所述機器人包括六自由度機器人本體和設置于機器人末端作為末端執行器的扒渣鏟，鑄模流水線正上方設置有相機，其特征在于，所述方法包括下列步驟：
S1：利用相機得到鑄模圖像信息，以鑄模靠近機器人一側邊框的中點A在圖像中的圖像像素坐標為(uA,vA)，計算點A在以鑄模流水線為參考物設定的基礎坐標系下的位置(0xA,0yA,0zA)：
S2：利用時間間隔為Δt的兩幀圖像中點A位置計算點A的實時速度：
其中Δ0xA,Δ0yA,Δ0zA表示點A在時間間隔為Δt的兩幀圖像中移動的距離；
S3：以軌跡規劃算法的計算時間為Δtcal、工業機器人的初始關節角度為qst＝[qst1 qst2qst3 qst4 qst5 qst6]T和初始關節速度為其中qst1、qst2、qst3、qst4、qst5和qst6分別是六自由度機器人本體六個關節的初始關節角度；
S4：確定搜索區間，選取鑄模流水線上離機器人最近的點a，計算機器人以關節最大速度從初始位置運動到該處的時間ta，再過a點向鑄模流水線另一側作垂線，以垂線與鑄模流水線中線的交點為點b，計算機器人以三分之一關節最大速度從初始位置運動到該處的時間tb，由此構成搜索區間[ta,tb]；
S5：以機器人運行機械臂末端從初始位置運動到點A的軌跡的執行時間為texe＝(ta+tb)/2；
S6：經過時間間隔Δt1＝Δtcal+Δtexe后，機器人跟蹤上了鑄模目標點A，即扒渣鏟到達目標點A的位置并且與鑄模保持相對靜止，計算此時點A的位置坐標(0x′A,0y′A,0z′A)：
S7：運用機器人逆運動學求解扒渣鏟在位置坐標(0x′A,0y′A,0z′A)與水平面成向下的30°夾角時的關節角度qf＝f-1(yA)，其中yA表示機器人位置坐標的矩陣，f-1表示求解函數，并根據能量最優法則選取最優解qfmin；
S8：根據上述已知條件進行五次多項式插值法來完成關節空間軌跡規劃，得到軌跡q(t)；
S9：對q(t)求導以及二次求導得到和其中和分別表示關節角速度以及關節角加速度，判斷其是否滿足速度約束和加速度約束，即：
如果滿足則tb＝texe，否則ta＝texe，其中和是所使用的機器人能夠實現的最小與最大角速度及角加速度；
S10：重復步驟S5至S9，直至搜索區間[ta,tb]足夠小，即tb-ta≤Δε，其中Δε是預設的允許誤差，則求得滿足機器人關節空間物理約束的最小時間mintexe，并輸出對應的軌跡q(t),t∈(0,Δt1)；
S11：已知浮渣的分布情況和厚度信息，即已知鑄模兩側邊框距離浮渣的水平寬度分別是yl和yr，熔融液態金屬離鑄模頂部的距離為hf，氧化浮渣陷入熔融液態金屬的最大深度為h，鑄模長邊的長度也已知，表示為Lm，由此設計任務空間扒渣軌跡為多段勻速直線運動，其端點分別為點B、C、D、E，其中點B為浮渣相應坐標分別是：
[0xB0yB0zB]T＝[0xA0yA+yl0zA-hf]T
[0xC0yC0zC]T＝[0xA0yA+yl0zA-hf-h]T
[0xD0yD0zD]T＝[0xA0yA+Lm-yr0zA-hf-h]T
[0xE0yE0zE]T＝＝[0xA0yA+Lm-yr0zA-hf]T；
其中T為矩陣轉置符號；
S12：設扒渣鏟深入鑄模到達氧化渣底部這一階段總時間為Δt2＝t2-Δt1，t2代表該階段結束時刻，各個部分的運動時間分別為Δt21、Δt22、Δt23和Δt24，由于鑄模隨流水線運動，則實際軌跡點B’、C’、D’、E’坐標為：
[0x′B0y′B0z′B]T＝[0x′A0y′A+yl0z′A-hf]T+0vA·Δt21
[0x′C0y′C0z′C]T＝[0x′A0y′A+yl0z′A-hf-h]T+0vA·(Δt21+Δt22)
[0x′D0y′D0z′D]T＝[0x′A0y′A+Lm-yr0z′A-hf-h]T+0vA·(Δt21+Δt22+Δt23)
[0x′E0y′E0z′E]T＝＝[0x′A 0y′A+Lm-yr0z′A-hf]T+0vA·(Δt21+Δt22+Δt23+Δt24)；
S13：使用三次非均勻B樣條曲線插值對機器人進行關節空間的運動軌跡規劃得到q(t),t∈(Δt1,t2)。
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