CN101549495B - 可避免奇异点发生的机器人控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可避免奇异点发生的机器人控制方法，包括机器人试运行和机器人正常运行两个阶段；在机器人的试运行阶段，具体执行如下操作：首先重复运行机器人，同时通过检测和计算来确定机器人的运动轨迹中可能存在的奇异点，然后根据计算结果将相关参数存入预设的数据库中以用于修正机器人正式运行时的动作；在机器人的正式运行阶段，则执行如下操作：将机器人实际运行过程的检测和计算结果和所述数据库中的相应内容进行比较，修正机器人的实际运行轨迹。从而实现了避免奇异点的发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人控制方法，尤其涉及一种可避免奇异点发生的机器人控制方法。
背景技术
工业机器人在很多应用场合具有传统机械结构无法或很难取代的优势，从重复利用率、定位精度、重复精度、柔性等多各方面为用户提高了生产效率并扩大了其使用范围。根据现代工业的需要，现今的工业制造模式越来越向精密化、柔性化发展。因此，在这种发展趋势下，工业机器人由于其柔性好、可控性强、可靠性高的特点，得到了越来越广泛的应用。但是工业机器人柔性增加的结果也导致了其运动不可知性的增加，而且由于工业机器人和纯机械结构的运动方式完全不同，从而产生了奇异点问题，限制了其使用领域，并很可能造成不可知的生产停顿，因此这个问题是机器人应用中的一个瓶颈。所有奇异点组成奇异工作空间，并且所述机器人奇异工作空间是指机器人末端执行器失去沿某一个或者某几个方向运动的可能的所有点集，即在运动方程中雅可比矩阵成为奇异的所有点集。
例如，对于冶金企业中需要用到的钢卷标记装置和卧卷标记装置而言，虽然并非所有钢卷的标记过程都会出现奇异点问题，但随着生产的进行却必然会出现此类问题，其主要是由钢卷在运输过程中定位不准造成的，特别是在钢卷立卷标记装置中尤为如此。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可避免奇异点发生的机器人控制方法，可避免在机器人运动过程中产生奇异点。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种可避免奇异点发生的机器人控制方法，该方法包括机器人试运行和机器人正常运行两个阶段；
在机器人的试运行阶段，具体执行如下操作：首先重复运行机器人，同时通过检测和计算来确定机器人的运动轨迹中可能存在的奇异点，然后根据计算结果将相关参数存入预设的数据库中以用于修正机器人正式运行时的动作；
在机器人的正式运行阶段，则执行如下操作：将机器人实际运行过程的检测和计算结果和所述数据库中的相应内容进行比较，修正机器人的实际运行轨迹；
所述机器人为钢卷标记装置，在钢卷标记装置的试运行阶段，具体执行如下操作：
第一步，重复运行钢卷标记装置动作；
第二步，检测出该钢卷标记装置的运行空间内可能存在奇异点的范围；
第三步，将这些可能存在的奇异点进行分类，计算出相对出现奇异点的理论范围和对应位置的特征参数，然后将这些相关的特征参数存入预设的数据库中；
在钢卷标记装置的正式运行阶段，具体执行如下操作：
第一步，检测钢卷标记装置在钢卷侧面的运动轨迹中第一特征点的位置参数；
第二步，将所述第一特征点的位置参数与预设于数据库中的相应特征参数进行对比，确定不存在奇异点的侧面检测轨迹；
第三步，检测钢卷标记装置在第二步中确定的侧面检测轨迹上的第二和第三特征点的位置参数；
第四步，将所述第一、第二和第三特征点的位置参数与预设于数据库中的相应点的特征参数进行对比，确定不存在奇异点的侧面标记喷印轨迹以及顶面检测轨迹；
第五步，根据第四步的计算结果，修正侧面的标记喷印轨迹，进行钢卷的侧面标记喷印；
第六步，检测钢卷标记装置在第四步中确定的顶面检测轨迹上的第四特征点的位置参数；
第七步，将所述第四特征点的位置参数与预设于数据库中的相应点的特征参数进行对比，确定不存在奇异点的顶面标记喷印轨迹；
第八步，根据前面第七步的计算结果修正顶面的标记喷印轨迹，然后进行钢卷的顶面标记喷印。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种可避免奇异点发生的机器人控制方法，该方法包括机器人试运行和机器人正常运行两个阶段；
在机器人的试运行阶段，具体执行如下操作：首先重复运行机器人，同时通过检测和计算来确定机器人的运动轨迹中可能存在的奇异点，然后根据计算结果将相关参数存入预设的数据库中以用于修正机器人正式运行时的动作；
在机器人的正式运行阶段，则执行如下操作：将机器人实际运行过程的检测和计算结果和所述数据库中的相应内容进行比较，修正机器人的实际运行轨迹；
所述机器人为钢卷卧卷标记装置，在钢卷卧卷标记装置的试运行阶段，具体执行如下操作：
第一步，重复运行钢卷卧卷标记装置动作；
第二步，检测出该钢卷卧卷标记装置的运行空间内可能存在的奇异点范围；
第三步，将这些可能存在的奇异点进行分类，计算出相对出现奇异点的理论范围和对应位置的特征参数，然后将这些相关的特征参数存入预设的数据库中；
在钢卷卧卷标记装置的正式运行阶段，具体执行如下操作：
第一步，检测钢卷卧卷标记装置在钢卷卧卷侧面的运动轨迹中第一特征点的位置参数；
第二步，将所述第一特征点的位置参数与数据库中的相应点的特征参数进行对比，确定不存在奇异点的侧面标记喷印轨迹以及顶面检测轨迹；
第三步，根据前面第二步的计算结果修正侧面的标记喷印轨迹，然后进行钢卷卧卷的侧面标记喷印；
第四步，检测钢卷卧卷标记装置在第二步中确定的顶面检测轨迹上的第二特征点的位置参数；
第五步，将所述第二特征点的位置参数与预设于数据库中的相应点的特征参数进行对比，确定不存在奇异点的顶面标记喷印轨迹；
第六步，根据第五步的计算结果修正顶面的标记喷印轨迹，然后进行钢卷卧卷的顶面标记喷印。
本发明通过边检测边运行边计算的方法，在运动过程中不断修正机器人的相应运动轨迹，避免在机器人运动过程中产生奇异点的出现，防止了生产过程中不可知的停顿，从而从一定程度上节约了成本，并且拓宽了机器人的使用领域。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为根据本发明对钢卷标记装置进行控制的流程示意图；
图2根据本发明对卧卷标记装置进行控制的流程示意图。
具体实施方式
为了规避在机器人运动过程中产生奇异点，本发明所述控制过程分为机器人试运行阶段和机器人正常运行阶段两个阶段。
其中，在机器人的试运行阶段，具体执行如下操作：首先重复运行机器人，同时通过检测和计算来确定机器人的运动轨迹中可能存在的奇异点，然后根据计算结果将相关参数存入预设的数据库中以用于修正机器人正式运行时的动作；
在机器人的正式运行阶段，则执行如下操作：将机器人实际运行过程的检测和计算结果和所述数据库中的相应内容进行比较，修正机器人的实际运行轨迹。
实施例一：
如图1所示，对于冶金企业中需要用到的钢卷标记装置而言，具体可采用以下方法来对其进行控制以达到避免奇异点发生的目的：
第一阶段为试运行阶段，在该过程中具体进行以下操作：
首先，重复运行钢卷标记装置动作；
第二步，检测出该钢卷标记装置的运行空间内可能存在奇异点的范围；
第三步，将这些可能存在的奇异点进行分类，计算出相对出现奇异点的理论范围和对应位置的特征参数，然后将这些相关的特征参数存入预设的数据库中以用于修正钢卷标记装置正式运行时的动作。此处，所述特征参数指所用的六维坐标和钢卷标记装置的运行姿态。
第二阶段为正式运行阶段，在该过程中具体进行以下操作：
首先，检测钢卷标记装置在钢卷侧面的运动轨迹中第一特征点的位置参数；
第二步，基于该第一特征点的位置参数，进行第一次规避计算，即将该预定的侧面圆弧检测轨迹中的所述第一特征点的位置参数与预设于数据库中的相应特征参数进行对比，确定不存在奇异点的侧面检测轨迹；
第三步，检测钢卷标记装置在第二步确定的不存在奇异点的侧面检测轨迹上的第二和第三特征点的位置参数；
第四步，基于前面检测出的第一特征点和第二、第三特征点的位置参数，进行第二次规避计算，即将这些预定的侧面圆弧检测轨迹中第一、第二和第三特征点的位置参数与预设于数据库中的相应点的特征参数进行对比，确定不存在奇异点的侧面标记喷印轨迹以及顶面检测轨迹；
第五步，根据前面第四步的计算结果，修正侧面的标记喷印轨迹，然后进行钢卷的侧面标记喷印；
第六步，检测钢卷标记装置在第四步中确定的不存在奇异点的钢卷顶面检测轨迹上的第四特征点的位置参数；
第七步，基于前面检测出的钢卷顶面特征点的位置参数，进行第三次规避计算，即将该预定的顶面检测轨迹中的所述第四特征点的位置参数与预设于数据库中的相应点的特征参数进行对比，确定不存在奇异点的顶面标记喷印轨迹；
第八步，根据前面第七步的计算结果修正顶面的标记喷印轨迹，然后进行钢卷的顶面标记喷印。
实施例二：
如图2所示，对于冶金企业中需要用到的钢卷卧卷标记装置而言，由于其轴线的平行线位置固定，因此根据本发明，具体可采用以下方法来对其进行控制以达到避免奇异点发生的目的：
第一阶段为试运行阶段，在该阶段具体进行以下操作：
首先，重复运行钢卷卧卷标记装置动作；
第二步，检测出该钢卷卧卷标记装置的运行空间内可能存在的奇异点范围；
第三步，将这些可能存在的奇异点进行分类，计算出相对出现奇异点的理论范围和对应位置的特征参数，然后将这些相关的特征参数存入预设的数据库中以用于修正钢卷卧卷标记装置正式运行时的动作。此处，所述特征参数指所用的六维坐标和钢卷卧卷标记装置的运行姿态。
第二阶段为正式运行阶段，在该阶段具体进行以下操作：
第一步，首先，检测钢卷卧卷标记装置在钢卷卧卷侧面的运动轨迹中第一特征点的位置参数；
第二步，基于预设的相关参数和所检测出的第一特征点的位置参数，进行第一次规避计算，即将该预定的侧面圆弧检测轨迹中第一特征点的位置参数与数据库中的相应点的特征参数进行对比，确定不存在奇异点的侧面标记喷印轨迹以及顶面检测轨迹；
第三步，根据前面第二步的计算结果修正侧面的标记喷印轨迹，然后进行钢卷卧卷的侧面标记喷印；
第四步，检测钢卷卧卷标记装置在第二步中确定的不存在奇异点的顶面检测轨迹上的第二特征点的位置参数；
第五步，基于前面检测出的该顶面特征点的位置参数，进行第二次规避计算，即将该预定的顶面检测轨迹中的所述第二特征点的位置参数与预设于数据库中的相应点的特征参数进行对比，确定不存在奇异点的顶面标记喷印轨迹；
第六步，根据第五步的计算结果修正顶面的标记喷印轨迹，然后进行钢卷卧卷的顶面标记喷印。
上述技术方案中，利用了边检测边运行边计算的方法，在运动过程中不断修正机器人的相应运动轨迹，在运动过程中调整机器人的运动姿态，避免在机器人运动过程中产生奇异点的出现，能够满足轴向卧卷、径向卧卷以及立卷的侧面和顶面的多排标记喷印要求。
而且，上述奇异点解决方案，使得可以在类似的应用领域中使用工业六轴机器人，保证了生产的连续性和稳定性，从而从一定程度上节约了成本，有效地提高了机器人的利用效率并扩大了其使用领域。根据实验，通过采用前面所述的方案，可做到奇异点发生率在生产72小时之后降到0％，而且可避免必须使用固定路径的非柔性设置方法。
Claims (4)
1.一种可避免奇异点发生的机器人控制方法，该方法包括机器人试运行和机器人正常运行两个阶段；
在机器人的试运行阶段，具体执行如下操作：首先重复运行机器人，同时通过检测和计算来确定机器人的运动轨迹中可能存在的奇异点，然后根据计算结果将相关参数存入预设的数据库中以用于修正机器人正式运行时的动作；
在机器人的正式运行阶段，则执行如下操作：将机器人实际运行过程的检测和计算结果和所述数据库中的相应内容进行比较，修正机器人的实际运行轨迹；
其特征在于，所述机器人为钢卷标记装置，在钢卷标记装置的试运行阶段，具体执行如下操作：
第一步，重复运行钢卷标记装置动作；
第二步，检测出该钢卷标记装置的运行空间内可能存在奇异点的范围；
第三步，将这些可能存在的奇异点进行分类，计算出相对出现奇异点的理论范围和对应位置的特征参数，然后将这些相关的特征参数存入预设的数据库中；
在钢卷标记装置的正式运行阶段，具体执行如下操作：
第一步，检测钢卷标记装置在钢卷侧面的运动轨迹中第一特征点的位置参数；
第二步，将所述第一特征点的位置参数与预设于数据库中的相应特征参数进行对比，确定不存在奇异点的侧面检测轨迹；
第三步，检测钢卷标记装置在第二步中确定的侧面检测轨迹上的第二和第三特征点的位置参数；
第四步，将所述第一、第二和第三特征点的位置参数与预设于数据库中的相应点的特征参数进行对比，确定不存在奇异点的侧面标记喷印轨迹以及顶面检测轨迹；
第五步，根据第四步的计算结果，修正侧面的标记喷印轨迹，进行钢卷的侧面标记喷印；
第六步，检测钢卷标记装置在第四步中确定的顶面检测轨迹上的第四特征点的位置参数；
第七步，将所述第四特征点的位置参数与预设于数据库中的相应点的特征参数进行对比，确定不存在奇异点的顶面标记喷印轨迹；
第八步，根据前面第七步的计算结果修正顶面的标记喷印轨迹，然后进行钢卷的顶面标记喷印。
2.根据权利要求1所述的可避免奇异点发生的机器人控制方法，其特征在于，所述特征参数指所用的六维坐标和钢卷标记装置的运行姿态。
3.一种可避免奇异点发生的机器人控制方法，该方法包括机器人试运行和机器人正常运行两个阶段；
在机器人的试运行阶段，具体执行如下操作：首先重复运行机器人，同时通过检测和计算来确定机器人的运动轨迹中可能存在的奇异点，然后根据计算结果将相关参数存入预设的数据库中以用于修正机器人正式运行时的动作；
在机器人的正式运行阶段，则执行如下操作：将机器人实际运行过程的检测和计算结果和所述数据库中的相应内容进行比较，修正机器人的实际运行轨迹；
其特征在于，所述机器人为钢卷卧卷标记装置，在钢卷卧卷标记装置的试运行阶段，具体执行如下操作：
第一步，重复运行钢卷卧卷标记装置动作；
第二步，检测出该钢卷卧卷标记装置的运行空间内可能存在的奇异点范围；
第三步，将这些可能存在的奇异点进行分类，计算出相对出现奇异点的理论范围和对应位置的特征参数，然后将这些相关的特征参数存入预设的数据库中；
在钢卷卧卷标记装置的正式运行阶段，具体执行如下操作：
第一步，检测钢卷卧卷标记装置在钢卷卧卷侧面的运动轨迹中第一特征点的位置参数；
第二步，将所述第一特征点的位置参数与数据库中的相应点的特征参数进行对比，确定不存在奇异点的侧面标记喷印轨迹以及顶面检测轨迹；
第三步，根据前面第二步的计算结果修正侧面的标记喷印轨迹，然后进行钢卷卧卷的侧面标记喷印；
第四步，检测钢卷卧卷标记装置在第二步中确定的顶面检测轨迹上的第二特征点的位置参数；
第五步，将所述第二特征点的位置参数与预设于数据库中的相应点的特征参数进行对比，确定不存在奇异点的顶面标记喷印轨迹；
第六步，根据第五步的计算结果修正顶面的标记喷印轨迹，然后进行钢卷卧卷的顶面标记喷印。
4.根据权利要求3所述的可避免奇异点发生的机器人控制方法，其特征在于，所述特征参数指所用的六维坐标和钢卷卧卷标记装置的运行姿态。
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