[發(fā)明專(zhuān)利]一種鑄錠過(guò)程動(dòng)態(tài)除渣的機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911131719.8
• 申請(qǐng)日: 2019-11-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111014594B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐德剛;雷逸凡;洪松濤;蘇志芳;陽(yáng)春華;桂衛(wèi)華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽(yáng)迪奇

本發(fā)明公開(kāi)了一種鑄錠過(guò)程動(dòng)態(tài)除渣的機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法。先根據(jù)圖像得出鑄模在任務(wù)空間的位置和速度；然后由軌跡規(guī)劃算法的運(yùn)行時(shí)間和工業(yè)機(jī)器人的初始關(guān)節(jié)角度速度，確定運(yùn)動(dòng)軌跡的執(zhí)行時(shí)間的搜索區(qū)間；利用軌跡規(guī)劃算法的運(yùn)行時(shí)間和軌跡的執(zhí)行時(shí)間計(jì)算出機(jī)器人跟蹤上了鑄模時(shí)的位置；再使用五次多項(xiàng)式插值方法進(jìn)行關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃；最后利用二分法得到搜索區(qū)間中滿足機(jī)器人關(guān)節(jié)空間物理約束的最小運(yùn)動(dòng)軌跡的執(zhí)行時(shí)間，即得到跟蹤上鑄模運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最優(yōu)軌跡，然后在跟蹤鑄模運(yùn)動(dòng)同時(shí)完成扒渣操作。本發(fā)明通過(guò)視覺(jué)信息對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)物位置進(jìn)行預(yù)測(cè)，再對(duì)機(jī)器人進(jìn)行軌跡規(guī)劃，解決了機(jī)器人動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤軌跡規(guī)劃時(shí)間最優(yōu)問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)除渣操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鑄錠過(guò)程動(dòng)態(tài)除渣的機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

有色金屬(鋁、銅、鉛、鋅等)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防工業(yè)的重要基礎(chǔ)保障，影響著國(guó)家發(fā)展的方方面面。然而，我國(guó)雖然是有色冶金生產(chǎn)大國(guó)，但不是有色冶金生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)。在熔融液態(tài)金屬注入鑄模時(shí)及之后的輸送過(guò)程中，高溫液態(tài)金屬與空氣接觸的表面會(huì)不斷被氧化形成懸浮于液體表面的固體氧化渣。為保證冷卻成形后的金屬錠表面質(zhì)量有所提升，將這些氧化渣去除的“扒渣”處理是有色冶金的一道關(guān)鍵工序。冶煉現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境十分惡劣，且人工進(jìn)行扒渣作業(yè)容易造成鑄坯飛邊，并且還存在鑄坯品質(zhì)不一致的情況。因此使用機(jī)器人代替人工扒渣，需要扒渣鏟追蹤到待扒渣鑄模兩端并跟隨鑄模運(yùn)動(dòng)，然后在跟蹤鑄模同時(shí)實(shí)現(xiàn)扒渣操作。

軌跡規(guī)劃是機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分，也是其運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)，直接影響其工作效率、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和能量消耗。合適的軌跡規(guī)劃方法能得到使機(jī)器人快速平穩(wěn)操作的運(yùn)動(dòng)控制目標(biāo)軌跡。笛卡爾空間的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃雖然可以直接規(guī)劃末端工具的各個(gè)時(shí)刻的位姿，但是難以考慮機(jī)器人本體的物理約束。由于預(yù)扒渣階段機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡在笛卡爾空間的約束較少，而在關(guān)節(jié)空間存在關(guān)節(jié)限位、最大關(guān)節(jié)速度和最大關(guān)節(jié)加速度等約束，因此直接在關(guān)節(jié)空間進(jìn)行軌跡規(guī)劃會(huì)取得更好的效果。關(guān)節(jié)空間的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃一般使用多項(xiàng)式插值和樣條曲線擬合的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)機(jī)器人動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤問(wèn)題，提出一種鑄錠過(guò)程動(dòng)態(tài)除渣的機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法，通過(guò)結(jié)合視覺(jué)伺服技術(shù)和軌跡規(guī)劃技術(shù)實(shí)現(xiàn)軌跡規(guī)劃任務(wù)。

本發(fā)明所述的路徑規(guī)劃方法涉及一種鑄錠過(guò)程動(dòng)態(tài)除渣的機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法，所述方法適用于工業(yè)機(jī)器人，所述機(jī)器人包括六自由度機(jī)器人本體、與機(jī)器人本體活動(dòng)連接的扒渣鏟、以及安裝在工作空間正上方的相機(jī)。

為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種鑄錠過(guò)程動(dòng)態(tài)除渣的機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法，包括以下步驟：

S1：利用相機(jī)得到鑄模圖像信息，假設(shè)鑄模上目標(biāo)點(diǎn)A在圖像中的圖像像素坐標(biāo)為(u_A,v_A)，計(jì)算點(diǎn)A在基礎(chǔ)坐標(biāo)系下的位置(⁰x_A,⁰y_A,⁰z_A)：

S2：利用時(shí)間間隔為Δt的兩幀圖像中點(diǎn)A位置計(jì)算點(diǎn)A的速度：

S3：設(shè)定軌跡規(guī)劃算法的運(yùn)行時(shí)間Δt_cal和工業(yè)機(jī)器人的初始關(guān)節(jié)角度q_st＝[q_st1q_st2 q_st3 q_st4 q_st5 q_st6]^T和初始關(guān)節(jié)速度