[發明專利]一種工業機器人作業姿態優化方法

有效

• 申請號: 202010577095.9
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111702762B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 田威;焦嘉琛;廖文和;李波;張霖;胡俊山;李宇飛;蒲玉瀟;王品章;崔光裕
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J11/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

1.一種工業機器人作業姿態優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

建立工業機器人笛卡爾空間的剛度模型；

根據作業任務類型評估工業機器人關節的定向剛度；

根據作業任務類型確定機器人作業任務的特征點位，通過工業機器人作業系統刀具軸向的冗余自由度，以定向剛度性能最優為優化目標完成特征點位的姿態優化；

獲取所有特征點位最優剛度姿態，通過光順處理完成軌跡插補 位置的姿態優化；

所述軌跡插補 位置的姿態優化具體包括以下步驟：

將所有目標位置統一到機器人基坐標系作為參考坐標系，將任一機器人末端位姿相對基坐標系的旋轉矩陣用RPY角表示為：

其中，Rot為繞對應軸向旋轉的3×3變換矩陣；

由于為單位可逆矩陣，得到：

將用RPY角表示為：

得到：

根據旋轉矩陣的屬性，表示機器人基坐標系繞自身的x軸方向旋轉一定角度得到的坐標系，對應的RPY角表示為

計算始末端點位置末端姿態在繞x軸旋轉的角度差值在機器人基坐標系上的投影計算公式為：

其中，n表示結束位置的點位序號；

根據目標位置與預規劃軌跡始末位置的距離等比例求解作業區間內目標位置的對應姿態；

根據規則分布的點位加工任務獲取點位的位置坐標分布規律并選擇參考坐標軸，得到任一加工位置對應的旋轉矩陣的理論偏轉角γ″_i的表達式：

同理可得軌跡加工作業中任一插補 位置對應的旋轉矩陣的理論偏轉角γ″_i：

機器人末端姿態對于任一插補 位置的偏轉角的偏差Δγ_i的表達式為：

Δγ_i＝γ′_i-γ″_i

其中，Δγ_i為此處的插補 位置對應末端作業姿態優化的調整角度；

得到優化后的末端姿態的表達示為：

求解對應的RPY角并更新，完成當前點位對應加工姿態的優化。

2.根據權利要求1所述的工業機器人作業姿態優化方法，其特征在于，所述建立工業機器人笛卡爾空間的剛度模型具體包括以下步驟：

在離線編程軟件規劃一組工業機器人采樣位姿，通過設計末端負載大小和連接方式，模擬工況環境；

通過激光跟蹤儀完成工業機器人目標采樣位姿分別在負載和空載狀態下的測量，通過六維力傳感器完成工業機器人不同位姿的末端負載的大小與方向的測量；

通過轉換公式建立機器人笛卡爾空間的剛度模型，所述轉換公式為：

K＝J^-TK_θJ^-1

其中K表示笛卡爾空間剛度矩陣，J表示當前姿態對應的雅克比矩陣，K_θ表示關節剛度矩陣。