[發(fā)明專(zhuān)利]工業(yè)機(jī)器人傳送帶動(dòng)態(tài)跟蹤涂膠方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010060120.6
• 申請(qǐng)日: 2020-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111347423B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁藝騁;洪鷹;肖聚亮;孫譽(yù)博;王國(guó)棟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/16;B25J11/00;B25J19/02
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王海濱

1.一種工業(yè)機(jī)器人傳送帶動(dòng)態(tài)跟蹤涂膠方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：開(kāi)始跟蹤涂膠工作之前，進(jìn)行傳送帶標(biāo)定和相機(jī)標(biāo)定，用以將相機(jī)位置和傳送帶坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至機(jī)器人坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳送帶上的目標(biāo)物體的坐標(biāo)位置進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的所有位置都基于機(jī)器人坐標(biāo)系；

在步驟1中，傳送帶標(biāo)定方法為：需要確定轉(zhuǎn)換矩陣及比例因子，設(shè)傳送帶運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閭魉蛶ё鴺?biāo)系的X軸方向，機(jī)器人坐標(biāo)系一點(diǎn)P^R與傳送帶坐標(biāo)系一點(diǎn)P^C轉(zhuǎn)換方程為：

為求得轉(zhuǎn)換矩陣首先在傳送帶上確定一點(diǎn)P₁，移動(dòng)機(jī)器人末端觸碰該點(diǎn)；接著移動(dòng)傳送帶，使機(jī)器人末端再次觸碰到點(diǎn)P₁，此時(shí)設(shè)為P₂；最后讓機(jī)器人沿傳送帶垂直方向移動(dòng)到點(diǎn)P₃，通過(guò)三點(diǎn)的坐標(biāo)值求得編碼器比例因子F和旋轉(zhuǎn)矩陣可得到轉(zhuǎn)換矩陣：

其中，O′為傳送帶坐標(biāo)系原點(diǎn)，O為機(jī)器人坐標(biāo)系原點(diǎn)；

步驟二：當(dāng)目標(biāo)物體進(jìn)入機(jī)器人操作范圍時(shí)，此時(shí)相機(jī)拍攝到目標(biāo)物體的位置P，編碼器讀取到傳送帶速度V，將其發(fā)送給機(jī)器人；經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，機(jī)器人得到其自身坐標(biāo)系下的目標(biāo)物體位置

步驟三：機(jī)器人從等待位置移動(dòng)到開(kāi)始跟蹤位置此過(guò)程運(yùn)用機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)，將和的坐標(biāo)逆解到每一個(gè)關(guān)節(jié)，在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下運(yùn)用五次多項(xiàng)式曲線進(jìn)行軌跡規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的快速移動(dòng)；

在步驟三中，設(shè)到之間傳送帶移動(dòng)距離為ΔL，所需時(shí)間Δt＝ΔL/V，因此機(jī)器人從等待位置運(yùn)動(dòng)到所用總時(shí)間為Δt，將位置逆解到關(guān)節(jié)空間，使用五次多項(xiàng)式曲線擬合運(yùn)動(dòng)軌跡，五次多項(xiàng)式曲線表達(dá)式如下：

θ(t)＝At⁵+Bt⁴+Ct³+Dt²+Et+F

設(shè)起始位置為θ₀，終止位置為θ_f；起始角速度為終止角速度為起始角加速度為終止角加速度為起始時(shí)間為t₀，終止時(shí)間為t_f，則Δt＝t_f-t₀，根據(jù)條件：

計(jì)算出五次多項(xiàng)式曲線表達(dá)式的各參數(shù)，

步驟四：當(dāng)機(jī)器人已經(jīng)移動(dòng)到開(kāi)始跟蹤位置此時(shí)可對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行跟蹤，跟蹤過(guò)程需要不斷縮小機(jī)器人與目標(biāo)物體的距離，使得機(jī)器人與目標(biāo)物體處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，本步驟采用PID形式跟蹤算法，設(shè)任意t時(shí)刻，機(jī)器人的位置為P_t0，目標(biāo)物體的位置為P_tf，則兩者的誤差為：

ε(t)＝P_tf-P_t0

則調(diào)整參量為：

其中K_p是比例系數(shù)，T_i為積分時(shí)間常數(shù)，T_d為微分時(shí)間常數(shù)，則任意時(shí)刻t發(fā)送給機(jī)器人的位置為：

P_t＝P_t0+δ(t)

步驟五：當(dāng)機(jī)器人跟蹤上目標(biāo)物體后，兩者位置偏差足夠小能達(dá)到相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，開(kāi)始涂膠任務(wù)；此過(guò)程，根據(jù)相機(jī)發(fā)送的目標(biāo)物體平面輪廓，進(jìn)行機(jī)器人工作空間的連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃，同時(shí)要保持與目標(biāo)物體的同步速度，根據(jù)傳送帶速度V，物體輪廓的插補(bǔ)點(diǎn)坐標(biāo)離散序列為p₁(x_p1+Δv,y_p1,z_p1)，…，p_i(x_pi+Δv,y_pi,z_pi)，…，p_n(x_pn+Δv,y_pn,z_pn)，其中Δv為每個(gè)插補(bǔ)周期速度增量值；采用上述插補(bǔ)點(diǎn)離散點(diǎn)序列對(duì)軌跡進(jìn)行擬合；

在步驟五中，使用三次非均勻有理B樣條曲線(NURBS)在工作空間內(nèi)插補(bǔ)，對(duì)目標(biāo)物體任意輪廓軌跡進(jìn)行擬合，三次非均勻有理B樣條曲線方程如下：

式中{ω_i}為權(quán)因子，{P_i}為控制點(diǎn)，N_i,3(u)為非周期節(jié)點(diǎn)U矢量上的三次B樣條基函數(shù)，其中U＝{u₀,u₁,…,u_n+4}；插補(bǔ)分為以下步驟：首先根據(jù)新的離散點(diǎn)序列擬合得到權(quán)因子、節(jié)點(diǎn)矢量U以及控制點(diǎn)，生成樣條曲線方程；接著對(duì)樣條曲線方程進(jìn)行插補(bǔ)，插補(bǔ)過(guò)程引入速度，建立樣條曲線方程參數(shù)u和速度的方程式，根據(jù)實(shí)際所需速度和S型速度規(guī)劃得到參數(shù)u離散序列，進(jìn)而求得插補(bǔ)點(diǎn)；最后運(yùn)用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解算法，實(shí)現(xiàn)工作空間運(yùn)動(dòng)軌跡向關(guān)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)軌跡轉(zhuǎn)換，獲得關(guān)節(jié)空間的插補(bǔ)點(diǎn)，使用五次多項(xiàng)式曲線擬合得到完成軌跡曲線，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)；

步驟六：當(dāng)完成涂膠任務(wù)后，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)物體上方，快速離開(kāi)至等待位置，準(zhǔn)備下一個(gè)物體的涂膠工作。