[發(fā)明專利]一種機(jī)器人外部參考坐標(biāo)系下的直線運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011137069.0
• 申請(qǐng)日: 2020-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN112297007B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 涂孔;夏正仙;王繼虎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京埃斯頓自動(dòng)化股份有限公司;南京埃斯頓機(jī)器人工程有限公司
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 程化銘

本發(fā)明公開了一種機(jī)器人外部參考坐標(biāo)系下的直線運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，基于反轉(zhuǎn)工件的思想以及利用虛擬的外部參考坐標(biāo)系來(lái)規(guī)劃位姿的方法，將空間中不直觀的曲線運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的疊加。分別規(guī)劃這兩個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)，再由兩個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)合成為所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)曲線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工件相對(duì)于外部參考坐標(biāo)系的直線運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明規(guī)劃方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，應(yīng)用本發(fā)明方法可以實(shí)現(xiàn)外部參考坐標(biāo)系下的直線運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)展機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃方法，具體說(shuō)是一種機(jī)器人外部參考坐標(biāo)系下的直線運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

通常情況下，機(jī)器人笛卡爾空間軌跡規(guī)劃所參考的坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系或用戶坐標(biāo)系。機(jī)器人笛卡爾空間的軌跡規(guī)劃一般都是規(guī)劃?rùn)C(jī)器人TCP(工具中心點(diǎn))的位姿，機(jī)器人TCP在空間中相對(duì)于世界坐標(biāo)系是規(guī)則的直線或圓弧軌跡。機(jī)器人工作時(shí)，工具安裝在機(jī)器人末端，工件固定在機(jī)器人可達(dá)工作空間內(nèi)，機(jī)器人在工件上根據(jù)不同應(yīng)用需求進(jìn)行作業(yè)。但對(duì)于有些應(yīng)用，比如涂膠應(yīng)用需要將工件安裝在機(jī)器人末端，工件相對(duì)于某一個(gè)固定膠槍運(yùn)動(dòng)。無(wú)論工件的姿態(tài)如何變化，工件相對(duì)于固定膠槍的運(yùn)動(dòng)軌跡始終為工件的直線或圓弧輪廓，此時(shí)機(jī)器人TCP在世界坐標(biāo)系下是一條不直觀的空間曲線軌跡，無(wú)法直接對(duì)其進(jìn)行軌跡規(guī)劃。對(duì)于涂膠這類應(yīng)用，需要相對(duì)于外部某一個(gè)固定的參考坐標(biāo)系進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，工件位置和姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)均相對(duì)于外部參考坐標(biāo)系。

世界坐標(biāo)系或用戶坐標(biāo)系下姿態(tài)規(guī)劃是相對(duì)于世界坐標(biāo)系的，這種規(guī)劃方式，當(dāng)示教起點(diǎn)和示教終點(diǎn)工件姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，若要保證工件的直線輪廓沿著外部參考坐標(biāo)系(膠槍)運(yùn)動(dòng)，需要示教多個(gè)中間點(diǎn)去擬合工件輪廓。示教中間點(diǎn)越多，擬合效果越好，但是增加了示教的復(fù)雜和難度，且無(wú)法保證涂膠速度的均勻變化。而外部參考坐標(biāo)系下的姿態(tài)規(guī)劃是相對(duì)于外部參考坐標(biāo)系的，在外部參考坐標(biāo)系下運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，無(wú)論工件的起終點(diǎn)姿態(tài)如何變化，直線運(yùn)動(dòng)只需要示教起點(diǎn)和終點(diǎn)，示教作業(yè)得以簡(jiǎn)化。示教軌跡再現(xiàn)時(shí)，機(jī)器人手持的工件也會(huì)相對(duì)外部參考坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)，保證了速度的均勻性。如圖1所示。

機(jī)器人的直線運(yùn)動(dòng)是最基本的軌跡運(yùn)動(dòng)，在外部固定的參考坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)可以拓展機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域，比如上述的涂膠應(yīng)用。文獻(xiàn)《一種基于動(dòng)態(tài)外部TCP的工業(yè)機(jī)器人磨拋方法[J]》(李名水,李霆,歐道江,等.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2018,31(2):20-23)，通過(guò)提取工件曲面特征信息自動(dòng)生成動(dòng)態(tài)外部TCP點(diǎn)，再根據(jù)軌跡離散點(diǎn)與動(dòng)態(tài)外部TCP的位姿轉(zhuǎn)換關(guān)系求得機(jī)器人最終的運(yùn)行軌跡，文中提到的外部TCP，其本質(zhì)是一個(gè)外部參考坐標(biāo)系，但文獻(xiàn)未詳細(xì)說(shuō)明如何在外部參考坐標(biāo)系下規(guī)劃直線的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種機(jī)器人外部參考坐標(biāo)系下的直線運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，基于繞外部參考坐標(biāo)系原點(diǎn)反轉(zhuǎn)工件的思想以及利用虛擬的外部參考坐標(biāo)系來(lái)規(guī)劃位姿，將一種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解為平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的疊加，分別規(guī)劃位置和姿態(tài)，再由位置和姿態(tài)合成目標(biāo)運(yùn)動(dòng)，在外部固定的參考坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)直線規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)工件相對(duì)于外部參考坐標(biāo)系的直線運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的基本技術(shù)思路是：