[發明專利]一種基于位姿跟蹤的機械臂路徑生成方法及系統

在審

• 申請號: 202210250765.5
• 申請日: 2022-03-15
• 公開（公告）號: CN114505865A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 李育文;劉穎
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J17/02;B25J18/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王愛濤

本發明公開了一種基于位姿跟蹤的機械臂路徑生成方法及系統。該方法包括：搭建機械臂路徑追蹤場景；基于所述機械臂路徑追蹤場景，確定工作環境中工件和機械臂之間的位姿關系；基于工件和機械臂之間的位姿關系，建立運動學模型；根據所述運動學模型的逆解求得沿著期望軌跡運動所對應的機械臂運動關節角度；采用迭代學習控制方法對所述機械臂運動關節角度進行補償，實現路徑的定位。本發明初步確定工作環境中工件相對于機械臂之間的位姿關系，然后通過使用迭代學習控制方法，實現對目標路徑的精準定位，通過反復迭代學習，以逐步提高路徑的定位精度，減小定位誤差，本發明能夠有效保障整條目標路徑的定位精度。

技術領域

本發明涉及機械臂路徑生成技術領域，特別是涉及一種基于位姿跟蹤的機械臂路徑生成方法及系統。

背景技術

機械臂作為一種自動執行任務的機械裝置，可以按照人們所示教的路徑點位或離線編制的程序進行運動，從而完成相應的工作。它的任務是替代人類繁重的工作，以實現工業的機械化和自動化。機械臂在執行高精度任務時，其運動路徑控制非常關鍵。當前，機械臂實操的兩種基本模式機械臂示教與離線編程都存在明顯的弊端。機械臂示教時間成本過高，需要專業人員進行手動逐點示教，導致自動化程度明顯降低。在面向一些復雜連續路徑的應用場景，機械臂示教更顯得無能為力。雖說離線編程提高了機械臂的自動化水平，但是由于受機械加工誤差、裝配誤差、零部件磨損、末端負載變化以及溫度的影響，導致機械臂的實際運動路徑與理論運動路徑通常存在較大的定位誤差。因此，這對機械臂的廣泛應用產生了不利的影響。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于位姿跟蹤的機械臂路徑生成方法及系統，提高路徑的定位精度，減小定位誤差，有效保障整條目標路徑的定位精度。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種基于位姿跟蹤的機械臂路徑生成方法，包括：

搭建機械臂路徑追蹤場景；

基于所述機械臂路徑追蹤場景，確定工作環境中工件和機械臂之間的位姿關系；

基于工件和機械臂之間的位姿關系，建立運動學模型；

根據所述運動學模型的逆解求得沿著期望軌跡運動所對應的機械臂運動關節角度；

采用迭代學習控制方法對所述機械臂運動關節角度進行補償，實現路徑的定位。

可選地，所述搭建機械臂路徑追蹤場景，具體包括：

將安裝了刀具的機械臂固定于加工平臺上；

將位姿跟蹤裝置移至機械臂的正前方；

將移動平臺移至機械臂的加工范圍，同時將兩個marker分別安裝于夾具與刀具上。

可選地，基于所述機械臂路徑追蹤場景，確定工作環境中工件和機械臂之間的位姿關系，具體包括：

通過位姿跟蹤裝置獲得刀具坐標系和夾具坐標系分別相對于測量坐標系的位姿關系；

根據機械臂正運動學，確定機械臂末端坐標系相對于機座坐標系的位姿關系；

基于刀具的幾何尺寸，確定刀具坐標系相對于機械臂末端坐標系的位姿關系以及TCP刀具末端坐標系相對于刀具坐標系的位姿關系；

根據夾具的幾何尺寸，確定工件坐標系相對于夾具坐標系的位姿關系；

基于刀具坐標系相對于測量坐標系的位姿關系、夾具坐標系相對于測量坐標系的位姿關系、機械臂末端坐標系相對于機座坐標系的位姿關系、刀具坐標系相對于機械臂末端坐標系的位姿關系、TCP刀具末端坐標系相對于刀具坐標系的位姿關系以及工件坐標系相對于夾具坐標系的位姿關系，確定工件坐標系相對于機座坐標系的位姿關系。