[發明專利]控制工業機器人曲面勻速運動的方法

在審

• 申請號: 202310343664.7
• 申請日: 2023-03-31
• 公開（公告）號: CN116277012A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 唐倩;張煜珧;郭伏雨
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 胡博文

1.一種控制工業機器人曲面勻速運動的方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1.對待加工產品的曲面進行采樣，獲得曲面采樣點，對采樣點進行擬合，得到特征點，再根據特征點得到三次B樣條曲線；

S2.對三次B樣條曲線進行均勻插值，得到插值點，根據插值點得到控制機械臂末端執行器勻速運動的控制點；

S3.根據控制需求和控制點坐標，得到機械臂末端執行器控制點的位姿矩陣，將位姿矩陣數據轉化為機器人可執行的命令，使機器人在固定頻率下做勻速曲線運動。

2.根據權利要求1所述控制工業機器人曲面勻速運動的方法，其特征在于：步驟S1中，根據如下方法進行曲面采樣，獲得曲面采樣點：

S11.根據機器人坐標系標定相機參數，建立相機成像幾何模型，使用相機掃描待加工產品曲面，獲得相對于機器人坐標系的待加工產品曲面點云數據，將待加工產品曲面的點云數據錄入PCD點云文件中，對PCD點云文件中的數據進行濾波，并將濾波后的PCD點云文件轉化為STL文件；

S12.根據待加工產品位置，在X-Y平面上繪制待加工產品曲面的基礎加工區域，再根據打印寬度或切削寬度等加工條件，獲得待加工產品的曲面加工路徑，在曲面加工路徑上，按照一定間隔獲取離散點，其中，一定間隔是指機器人工作頻率周期和運動速率乘積的5至10倍；

S13.將離散點投影到STL文件中的三角面片上，得到曲面加工軌跡的采樣點，并將采樣點所在三角面片的法向量作為采樣點的法向量，將采樣點和采樣點的法向量數據保存至TXT文件。

3.根據權利要求2所述控制工業機器人曲面勻速運動的方法，其特征在于：根據如下方法獲得特征點和三次B樣條曲線：

將TXT文件中的采樣點輸入至擬合程序中，得到特征點，再將特征點按照擬合方程進行擬合，其中，擬合方程為：

其中，E(u)為B樣條曲線方程，u為自變量，范圍為[0,1]，P_i是控制曲線的特征點，F_i,k(u)是k階B樣條基函數，i表示基函數的序號，k表示基函數的階數，將TXT文件中的采樣點數據輸入擬合程序中，得到特征點，再將特征點帶入B樣條曲線方程中，得到待加工產品曲面的三次B樣條曲線：

P(u)＝P₀*F_0,3(u)+P₁*F_1,3(u)+P₂*F_2,3(u)+P₃*F_3,3(u)

其中，P(u)為待加工產品曲面的三次B樣條曲線方程。

4.根據權利要求1所述控制工業機器人曲面勻速運動的方法，其特征在于：步驟S2中，根據如下方法對三次B樣條曲線進行均勻插值：

S21.將P(u)方程簡化為三次曲線形式：

P(u)＝Au³+Bu²+Cu+D

其中，A、B、C、D的數值根據特征點確定；

S22.設定三次B樣條曲線的起始點為G(0,0,0)，曲線上存在一點E，E點對應的u值為e，在E點處有曲線長度s，當E點為終點時，s為三次B樣條曲線的長度，曲線長度通過數值積分計算；

其中，L(e)為曲線長度公式，為變上限定積分，表示點E到起始點G的長度，e為積分上限，范圍為[0,1]，為P(u)的導數，表示E點的切線斜率，w_i和x_i為積分權重；

S23.設定機器人機械臂末端執行器運動速率為v，根據機器人機械臂末端執行器運動的固定頻率f，得到機器人機械臂末端執行器運動的時間步長Δt＝1/f，以時間步長Δt為單位時間，得到單位時間內機器人機械臂末端執行器沿三次B樣條曲線的運動路徑，以單位時間內的運動路徑長度作為各插值點的間隔距離Δs，Δs＝v·Δt；

S24.當點E為終點時，s為三次B樣條曲線的長度，設定三次B樣條曲線長度范圍為[0,s]，在[0,s]內，以Δs為間隔距離進行均勻插值。