[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

本發明公開了的一種工業機器人作業姿態優化方法包括以下步驟：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，通過光順處理完成其余目標點位或軌跡差補位置的姿態優化。本發明實現了全作業任務的剛度最優姿態的選取，實現了復雜作業任務的機器人作業姿態的快速優化與加工性能的提升，滿足了機器人在制孔、銑削等高精制造加工領域的技術需求。

技術領域

本發明屬于工業機器人姿態優化技術領域，具體涉及一種工業機器人作業姿態優化方法。

背景技術

工業機器人受其串聯結構固有特性的影響，較低的作業剛度和定位精度嚴重制約了其在高附加值產品的制造中的推廣應用。其中，影響機器人剛度性能的因素主要有以下三方面：1)機器人本體的結構設計以及使用材料屬性；2)驅動機構以及傳動機構的剛度；3)機器人的作業姿態。機器人姿態優化技術因具有可行性高、任務適應性好、無需改變機器人結構和控制系統的優點，在工程應用中體現了極高的應用價值，成為機器人剛度強化與加工性能提升的研究熱點。

機器人作業姿態對切削加工質量存在直接的影響，現有技術中一般通過機器人冗余自由度實現機器人作業姿態優化，但是還存在以下不足：

(1)將機器人運動軌跡中的定位分別進行最優作業性能指標的姿態優化，主要針對離散分布的少量點位開展應用試驗，但是在實際生產中，比如航空航天零部件的制造過程中，其中的任一零件都有數量龐大的制孔作業需求，若在加工任務中對各目標加工位置對應的作業姿態一一優化，優化處理的工作量非常龐大，且效率較低。

(2)機器人銑削作業過程中，連續運動軌跡實際是通過一系列插補位置擬合得到的，因此，任一軌跡同樣會由大量點位信息構成，同樣存在作業姿態快速優選的技術需求。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供一種工業機器人作業姿態優化方法，極大的提高了全作業任務的工業機器人姿態優化速度。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種工業機器人作業姿態優化方法，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差補位置的姿態優化。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

進一步地，上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荷的大小與方向；

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。

進一步地，上述根據作業任務類型評估工業機器人關節的定向剛度具體包括以下步驟：