CN103353761A - 机器人连续加工方法、装置及平滑转接方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式公开了一种机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法，包括获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间；获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角；根据加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角。本发明实施方式还公开了一种机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接装置、机器人连续加工方法、装置。通过上述方式，本发明能够实现机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接，提高机器人的工作效率。

Description

机器人连续加工方法、装置及平滑转接方法、装置

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及机器人连续加工方法、装置及平滑转接方法、装置。

背景技术

机器人运动中当由点到点（PTP）加工段运动到连续轨迹（CP）加工段或由连续轨迹加工段运动到点到点加工段时，如果每段PTP或CP加工段运动的初速度以及末速度都为0，则会使得机器人的工作效率变得很低，此外，机器人频繁的加减速也会影响电机以及减速器的使用寿命。因此，应当对连续加工段间进行平滑转接的规划，以提高机器人的工作效率。现有技术中的平滑转接方法主要应用于数控连续加工中轨迹段间的平滑转接，请参阅图1，其实现方法包括：基于S型曲线加减速规律，通过控制转角处的轮廓误差e_max来超前计算转接所需要的距离d，以确定平滑转接所需要的时间，进而求出转接开始速度，其中l_c、l_n的夹角为2θ。根据S型曲线加减速规律，l_c在2t时间内由v_begin减小为0，J_max为数控机床最大加加速度，由转接原理可知，合成位移从A到E的时间为t，t时间内，l_c由A运动到C，l_n由O运动到D，平滑转接过程位于S型曲线的减减速阶段，则有：

$d=\frac{1}{6}{J}_{\max }{\left(2t\right)}^3$

$\left|\mathrm{OD}\right|=\left|\mathrm{OC}\right|=\frac{1}{6}{J}_{\max }{t}^3$

$\left|\mathrm{AC}\right|=d-\left|\mathrm{OC}\right|=\frac{7}{6}{J}_{\max }{t}^3$

|EF|=(|AC|-|OD|)cosθ

|OF|=dcosθ

$\frac{\left|\mathrm{OE}\right|}{\left|\mathrm{OF}\right|}=\frac{\left|\mathrm{OF}\right|-\left|\mathrm{EF}\right|}{\left|\mathrm{OF}\right|}=\frac{\frac{4}{3}{J}_{\max }{t}^3\cos \mathrm{\θ}-J_{\max }{t}^3\cos \mathrm{\θ}}{\frac{4}{3}{J}_{\max }{t}^3\cos \mathrm{\θ}}=\frac{1}{4}$

由图1得：|OE|=e_max，则有：

2t以及可进一步获得。

本申请发明人在长期研发中发现，现有技术的平滑转接方法虽然能很好地解决数控加工中轨迹段的平滑转接问题，但其并不适用于机器人PTP、CP加工段运动过程中的平滑转接，原因为：机器人PTP、CP加工段运动是针对机器人各关节的角度进行T型或S型曲线的速度规划，而数控加工中是对轨迹段的长度进行T型或S型曲线的速度规划；此外，机器人PTP、CP加工段运动中各关节运动是相互影响的，而现有技术中的平滑转接方法是基于机床各轴相互独立的角加速度进行的，其并不适用于机器人PTP、CP加工段间的平滑转接。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种机器人连续加工方法、装置及平滑转接方法、装置，能够实现机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接，提高机器人的工作效率。

为解决上述技术问题，本发明的第一方面是：提供一种机器人连续加工方法，包括：获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间，其中，连续轨迹加工段为当前加工段以及点到点加工段为下一加工段，或点到点加工段为当前加工段以及连续轨迹加工段为下一加工段；获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角；根据加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角；在平滑转接前，机器人对工件进行当前加工段的加工，在平滑转接时间内，机器人对应转接段机器人转角进行连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接，在完成平滑转接后，机器人对工件进行下一加工段的加工。

其中，连续轨迹加工段是直线轨迹加工段或圆弧轨迹加工段；加工段机器人转角为加工过程中机器人各关节的转角，转接段机器人转角为平滑转接过程中机器人各关节的转角。

为解决上述技术问题，本发明的第二方面是：提供一种机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法，包括：获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间；获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角；根据加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角，以完成连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接的规划。

其中，连续轨迹加工段为当前加工段以及点到点加工段为下一加工段，或点到点加工段为当前加工段以及连续轨迹加工段为下一加工段；连续轨迹加工段是直线轨迹加工段或圆弧轨迹加工段；加工段机器人转角为加工过程中机器人各关节的转角，转接段机器人转角为平滑转接过程中机器人各关节的转角。

其中，获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间的步骤具体包括：当连续轨迹加工段为当前加工段以及点到点加工段为下一加工段时，获取第一平滑转接起点A运动至当前加工段的终点O的时间T₁或下一加工段的起点O运动至第一平滑转接终点B的时间T₂，其中，当前加工段的终点O为下一加工段的起点O；分别获取当前加工段运动总时间对应的一半时间T_half1以及下一加工段运动总时间对应的一半时间T_half2；获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间T，具体如下式所示：

T=min(T′,T_half1,T_half2)

其中，T′=T₁=T₂。

其中，获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角的步骤具体包括：获取第二平滑转接起点A′与当前加工段的终点O之间的加工段长度OA′，当当前加工段的速度规划为T型曲线速度规划时，OA′具体如下式所示：

${\mathrm{OA}}^{\′}=\frac{1}{2}{a}_{\max }{T}^2$

其中，a_max为机器人机械手的最大加速度；当当前加工段的速度规划为S型曲线速度规划时，OA′具体如下式所示：

${\mathrm{OA}}^{\′}=\frac{1}{6}{J}_{\max }{T}^3$

根据OA′、当前加工段的终点O的坐标以及当前加工段的方向向量获取第二平滑转接起点A′的坐标，J_max为机器人机械手的最大加加速度；获取由第二平滑转接起点A′起当前加工段经时间t运动到达的位置点E与当前加工段的终点O之间的加工段长度OE，当当前加工段的速度规划为T型曲线速度规划时，OE具体如下式所示：

$\mathrm{OE}=\frac{1}{2}{a}_{\max }{(T-t)}^2$

当当前加工段的速度规划为S型曲线速度规划时，OE具体如下式所示：

$\mathrm{OE}=\frac{1}{6}{J}_{\max }{(T-t)}^3$

根据OE、当前加工段的终点O的坐标以及当前加工段的方向向量获取在平滑转接时间内的任意时刻当前加工段运动到达的位置点E的坐标，其中，0<t≤T；获取当前加工段运动到达的位置点E的坐标对应的当前加工段机器人转角θ_c(t)；获取由下一加工段的起点O起下一加工段经时间t运动到达的位置点F对应的下一加工段机器人转角θ_F，当下一加工段的速度规划为T型曲线速度规划时，θ_F具体如下式所示：

${\mathrm{\&theta;}}_F={\mathrm{\&theta;}}_o+\frac{1}{2}{\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{\max }{t}^2$

其中，θ_o为当前加工段的终点O对应的加工段机器人转角，

为机器人各关节中最慢关节的最大角加速度；当下一加工段的速度规划为S型曲线速度规划时，θ_F具体如下式所示：

${\mathrm{\&theta;}}_F={\mathrm{\&theta;}}_o+\frac{1}{6}{\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{\max }{t}^3$

其中，

为机器人各关节中最慢关节的最大角加加速度。

其中，平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角具体如下式所示：

θ(t)=θ_c(t)+θ_F-θ_o

其中，θ(t)为平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角。

为解决上述技术问题，本发明的第三方面是：提供一种机器人连续加工装置，包括：平滑转接时间获取模块，用于获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间，其中，连续轨迹加工段为当前加工段以及点到点加工段为下一加工段，或点到点加工段为当前加工段以及连续轨迹加工段为下一加工段；加工段机器人转角获取模块，用于获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角；转接段机器人转角获取模块，用于根据加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角；加工模块，用于在平滑转接前对工件进行当前加工段的加工；转接模块，用于在平滑转接时间内对应转接段机器人转角进行连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接；加工模块还用于在完成平滑转接后对工件进行下一加工段的加工。

其中，连续轨迹加工段是直线轨迹加工段或圆弧轨迹加工段；加工段机器人转角为加工过程中机器人各关节的转角，转接段机器人转角为平滑转接过程中机器人各关节的转角。

为解决上述技术问题，本发明的第四方面是：提供一种机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接装置，包括：平滑转接时间获取模块，用于获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间；加工段机器人转角获取模块，用于获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角；转接段机器人转角获取模块，用于根据加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角，以完成连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接的规划。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明机器人通过获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间，获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角，最后根据加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角，完成连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接过程机器人各关节角度的规划，能够实现机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接，提高机器人的工作效率。

附图说明

图1是现有技术中数控加工连续轨迹加工段间平滑转接的示意图；

图2是本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法一实施方式中直线轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接示意图；

图3是本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法一实施方式的流程图；

图4是本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法一实施方式中获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间的流程图；

图5是本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法一实施方式中获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角的流程图；

图6是本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法一实施方式中T型曲线的加速度变化示意图；

图7是本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法一实施方式中T型曲线的速度变化示意图；

图8是本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法一实施方式中T型曲线的曲线长度变化示意图；

图9是本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法一实施方式中S型曲线的加速度变化示意图；

图10是本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法一实施方式中S型曲线的速度变化示意图；

图11是本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法一实施方式中S型曲线的曲线长度变化示意图；

图12是本发明机器人连续加工方法一实施方式中直线轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接示意图；

图13是本发明机器人连续加工方法一实施方式的流程图；

图14是本发明机器人连续加工装置一实施方式的原理框图；

图15是本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接装置一实施方式的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，均属于本发明保护的范围。

请参阅图2和图3，图2所示为直线轨迹加工段与点到点加工段的平滑转接，本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法一实施方式包括：

步骤S101：获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间；

获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间。其中，平滑转接过程为连续轨迹加工段平滑转接到点到点加工段：即连续轨迹加工段为当前加工段以及点到点加工段为下一加工段；或点到点加工段平滑转接到连续轨迹加工段：即点到点加工段为当前加工段以及连续轨迹加工段为下一加工段。连续轨迹加工段是直线轨迹加工段或圆弧轨迹加工段，直接轨迹加工段即机器人的加工运动轨迹为直线，圆弧轨迹加工段即机器人的加工运动轨迹为圆弧。

步骤S102：获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角；

获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角。其中，加工段机器人转角为加工过程中机器人各关节的转角，本实施方式中机器人总共包括6个关节，在其他实施方式中，机器人的关节总数也可为其他数量，此处不作过多限制。加工段机器人转角至少包括当前加工段机器人转角以及下一加工段机器转角。

步骤S103：根据加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角。

根据加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角，以完成连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接的规划。转接段机器人转角为平滑转接过程中机器人各关节的转角。

请参阅图2和图4，本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法一实施方式中获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间的步骤具体包括以下子步骤：

以下的子步骤对应连续轨迹加工段为当前加工段以及点到点加工段为下一加工段的情况。

子步骤S1011：获取第一平滑转接起点运动至当前加工段的终点的时间或下一加工段的起点运动至第一平滑转接终点的时间；

获取第一平滑转接起点A运动至当前加工段lc即连续轨迹加工段的终点O的时间T₁或下一加工段ln即点到点加工段的起点O运动至第一平滑转接终点B的时间T₂。根据机器人速度平滑运动的指令获得第一平滑半径OA或第一平滑转接终点B对应的加工段机器人转角θ_b′，进一步根据第一平滑半径OA或第一平滑转接终点B对应的加工段机器人转角θ_b′获取时间T₁或T₂，T₁=T₂，T₁的具体获取过程为：第一平滑转接起点A到当前加工段lc的终点O为减速运动过程，上述减速运动过程可等效为O点到A点的初速度为0的加速运动，若当前加工段lc的速度规划为T型曲线速度规划则有：

其中，OA已知，机器人机械手最大加速度a_max已知，则可获得T₁；若当前加工段lc的速度规划为S型曲线速度规划则有：

其中，OA已知，机器人机械手最大加加速度J_max已知，则可获得T₁；T₂的具体获取过程为：当点到点加工段的速度规划为T型曲线速度规划时有：其中，θ_b′以及当前加工段lc的终点O对应的加工段机器人转角θ_o为已知量，机器人各关节中最慢关节的最大角加速度也为已知量，则可获得T₂；当点到点加工段的速度规划为S型曲线速度规划时有：

其中，θ_b′以及当前加工段lc的终点O对应的加工段机器人转角θ_o为已知量，机器人各关节中最慢关节的最大角加加速度也为已知量，则可获得T₂。当前加工段lc的终点O为下一加工段ln的起点O。

子步骤S1012：分别获取当前加工段运动总时间对应的一半时间以及下一加工段运动总时间对应的一半时间；

分别获取当前加工段lc即连续轨迹加工段运动总时间对应的一半时间T_half1以及下一加工段ln即点到点加工段运动总时间对应的一半时间T_half2。连续轨迹加工段以及点到点加工段的速度规划为T型曲线速度规划或S型曲线速度规划时其对应不同的加工段运动总时间，其中，T型、S型曲线速度规划为保证机器人在起动停止时不产生冲击、失步、超程或者振荡的加减速规划，使得机器人可以在各种情况下平滑而又准确地停留在指定位置。

请参阅图6-8，T型曲线速度规划总共包括3个时间段：匀加速，匀速和匀减速阶段。三个时间段的时间长度分别为T₁～T₃，三个时间段的曲线长度分别为l₁～l₃，每个时间段末点时间为t₁～t₃。根据机器人电机最大加速度a_max′、最大减速度d_max′、T型曲线的初速度f_s、目标速度f、终点速度f_e以及T型曲线长度L可获取T₁～T₃以及l₁～l₃的值，完成T型曲线的速度规划，具体如下所示：

f-f_s=aT₁

f-f_e=dT₃

$l_1=\frac{f+f_s}{2}{T}_1$

l₂=fT₂

$l_3=\frac{f+f_e}{2}{T}_3$

l₁+l₂+l₃=L

其中 $\left\{\begin{array}{c}0<a\&le;a_{\max }\\ 0<d{\&le;d}_{\max }\end{array}\right.,$ 为保证机器人效率，取 $\left\{\begin{array}{c}a=a_{\max }\\ d=d_{\max }\end{array}\right.,$ 的值具体如下所示：

$T_1=\frac{f-f_s}{a_{\max }}$

$T_3=\frac{f-f_e}{d_{\max }}$

$T_2=\frac{1}{f}[L-\frac{f^2-f_s^2}{{2a}_{\max }}-\frac{f^2-f_e^2}{{2d}_{\max }}]$

若当前加工段lc以及下一加工段ln的速度规划为T型曲线速度规划时，上述T_half1、T_half2的获取过程具体为：将当前加工段lc以及下一加工段ln对应的初速度f_s、终点速度f_e以及目标速度f等参数值分别代入上述获取T₁～T₃的公式，以获得当前加工段lc对应的T_1c、T_2c、T_3c，以及下一加工段ln对应的T_1n、T_2n、T_3n，进而

对速度进行积分即可获取T型曲线每段的曲线长度，具体如下所示：

$l_1=\frac{f^2-f_s^2}{{2a}_{\max }}$

$l_3=\frac{f^2-f_e^2}{{2d}_{\max }}$

$l_2=L-\frac{f^2-f_s^2}{{2a}_{\max }}-\frac{f^2-f_e^2}{{2d}_{\max }}$

请参阅图9-11，S型曲线速度规划总共包括七个时间段：加加速，匀加速，减加速，匀速，加减速，匀减速和减减速。七个时间段的时间长度分别为T₁～T₇，每个时间段末点的时间为t₁～t₇，根据机器人电机加加速度J_a、减减速度J_d、最大加速度A、最大减速度D、S型曲线的初始速度f_s、目标速度f、终点速度f_e以及S型曲线长度L可获取T₁～T₇的值，具体如下所示：

$T_1=T_3=\frac{A}{J_a},T_5=T_7=\frac{D}{J_d},T_2=\frac{f-f_s}{A}-\frac{A}{J_a},T_6=\frac{f-f_e}{D}-\frac{D}{J_d},$

$T_4=\frac{1}{f}\{L-[(\frac{1}{2A}+\frac{1}{2D})f^2+(\frac{J_a}{2A}+\frac{J_d}{2D})f+(\frac{{\mathrm{Af}}_s}{{2J}_a}+\frac{{\mathrm{Df}}_e}{{2J}_d}-\frac{f_s^2}{2A}-\frac{f_e^2}{2D})\left]\right\}$

若当前加工段lc以及下一加工段ln的速度规划为S型曲线速度规划时，上述T_half1、T_half2的获取过程具体为：将当前加工段lc以及下一加工段ln对应的初速度f_s、终点速度f_e以及目标速度f等参数值分别代入上述获取T₁～T₇的公式，以获得当前加工段lc对应的T_1c～T_7c，以及下一加工段ln对应的T_1n～T_7n，进而 $T_{\mathrm{half}1}=\frac{T_{1c}+T_{2c}+T_{3c}+T_{4c}+T_{5c}+T_{6c}+T_{7c}}{2},$ $T_{\mathrm{half}2}=\frac{T_{1n}+T_{2n}+T_{3n}+T_{4n}+T_{5n}+T_{6n}+T_{7n}}{2}.$ 由T₁～T₇的值进一步获取速度关于时间的函数，距离关于时间的函数，完成S型曲线的速度规划。

子步骤S1013：获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间。

获取当前加工段lc即连续轨迹加工段与下一加工段ln即点到点加工段间的平滑转接时间T，具体如下式所示：

T=min(T′,T_half1,T_half2)

其中，T′=T₁=T₂。

请参阅图2和图5，本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法一实施方式中获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角的步骤具体包括以下子步骤：

子步骤S1021：获取第二平滑转接起点与当前加工段的终点之间的加工段长度；

获取第二平滑转接起点A′与当前加工段lc即连续轨迹加工段的终点O之间的加工段长度OA′。

当上述当前加工段lc即连续轨迹加工段的速度规划为T型曲线速度规划时，平滑转接曲线A′B′位于T型曲线速度规划的第3个阶段即匀减速阶段，第二平滑转接起点A′与连续轨迹加工段的终点O之间的加工段长度OA′具体如下式所示：

${\mathrm{OA}}^{\&prime;}=\frac{1}{2}{a}_{\max }{T}^2$

其中，a_max为机器人机械手的最大加速度，a_max受机器人最慢关节的制约，T为上述平滑转接时间。。

当上述当前加工段lc即连续轨迹加工段的速度规划为S型曲线速度规划时，平滑转接曲线A′B′位于S型曲线速度规划的第7个阶段即减减速阶段，第二平滑转接起点A′与连续轨迹加工段的终点O之间的加工段长度OA′具体如下式所示：

${\mathrm{OA}}^{\&prime;}=\frac{1}{6}{J}_{\max }{T}^3$

其中，J_max为机器人机械手的最大加加速度。

子步骤S1022：根据第二平滑转接起点与当前加工段的终点之间的加工段长度、当前加工段的终点的坐标以及当前加工段的方向向量获取第二平滑转接起点的坐标；

根据第二平滑转接起点A′与当前加工段lc即连续轨迹加工段的终点之间的加工段长度OA′、当前加工段的终点O的坐标以及当前加工段的方向向量获取第二平滑转接起点A′的坐标，A′的坐标为空间三维坐标。此外，下一加工段ln的起点O与第二平滑转接终点B′之间的加工段长度OB′等于OA′，进而同样可获取第二平滑转接终点B′的坐标。第二平滑转接起点A′为机器人平滑转接过程的起点，第二平滑转接终点B′为机器人平滑转接过程的终点。OA′、OB′为第二平滑半径，机器人平滑转接曲线A′B′位于两个第二平滑半径OA′、OB′之间。

当上述子步骤S1013中的平滑转接时间T等于T₁或T₂时，第二平滑转接起点A′即为上述第一平滑转接起点A，第二平滑转接终点B′即为上述第一平滑转接终点B，图2所示为A′与A重合、B′与B重合的情况。在其他实施方式中，加工段长度即第二平滑半径OA′、OB′两者也可不相等，根据其各自加工段对应的最大加速度以及平滑转接时间T获取其各自对应的加工段长度OA′、OB′。

子步骤S1023：获取由第二平滑转接起点起当前加工段经时间t运动到达的位置点与当前加工段的终点之间的加工段长度；

获取由第二平滑转接起点A′起当前加工段lc即连续轨迹加工段经时间t运动到达的位置点E与当前加工段lc的终点O之间的加工段长度OE。

当上述当前加工段lc即连续轨迹加工段的速度规划为T型曲线速度规划时，OE具体如下式所示：

$\mathrm{OE}=\frac{1}{2}{a}_{\max }{(T-t)}^2$

当上述当前加工段的速度规划为S型曲线速度规划时，OE具体如下式所示：

$\mathrm{OE}=\frac{1}{6}{J}_{\max }{(T-t)}^3$

其中，0<t≤T。

子步骤S1024：根据OE、当前加工段的终点的坐标以及当前加工段的方向向量获取在平滑转接时间内的任意时刻当前加工段运动到达的位置点的坐标；

根据由第二平滑转接起点A′起当前加工段lc即连续轨迹加工段经时间t运动到达的位置点E与当前加工段lc的终点O之间的加工段长度OE、当前加工段lc的终点O的坐标以及当前加工段lc的方向向量获取在平滑转接时间内的任意时刻（即平滑转接过程的起始时刻加上时间t对应的时刻）当前加工段lc运动到达的位置点E的坐标。

子步骤S1025：获取当前加工段运动到达的位置点的坐标对应的当前加工段机器人转角；

获取由第二平滑转接起点A′起当前加工段lc即连续轨迹加工段运动到达的位置点E的坐标对应的当前加工段lc机器人转角θ_c(t)，也即为在平滑转接时间T内的任意时刻对应的当前加工段lc即连续轨迹加工段机器人转角，其中，根据运动学反解即可获取位置点E的坐标对应的连续轨迹加工段lc机器人转角θ_c(t)。

子步骤S1026：获取由下一加工段的起点起下一加工段经时间t运动到达的位置点对应的下一加工段机器人转角。

获取由下一加工段ln即点到点加工段的起点O起下一加工段ln经时间t运动到达的位置点F对应的下一加工段机器人转角θ_F，θ_F也即为在平滑转接时间T内的任意时刻对应的下一加工段ln即点到点加工段机器人转角，其中，同样根据运动学反解即可获取位置点F的坐标对应的点到点加工段ln机器人转角θ_F。

当下一加工段ln即点到点加工段的速度规划为T型曲线速度规划时，位置点F对应的下一加工段机器人转角θ_F具体如下式所示：

${\mathrm{\&theta;}}_F={\mathrm{\&theta;}}_o+\frac{1}{2}{\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{\max }{t}^2$

其中，θ_o为当前加工段lc即连续轨迹加工段的终点O对应的加工段机器人转角，

为机器人各关节中最慢关节的最大角加速度。

当下一加工段ln的速度规划为S型曲线速度规划时，θ_F具体如下式所示：

${\mathrm{\&theta;}}_F={\mathrm{\&theta;}}_o+\frac{1}{6}{\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{\max }{t}^3$

其中，

为机器人各关节中最慢关节的最大角加加速度。

请继续参阅图2，图2中第二平滑转接起点A′、第二平滑转接终点B′以及当前加工段lc的终点O对应的加工段机器人转角分别为θ_a、θ_b、θ_o，对于当前加工段lc，机器人转角由θ_a向变化θ_o，对于下一加工段ln，机器人转角由θ_o向θ_b变化，根据矢量转接理论，有：θ(t)-θ_o=θ_c(t)-θ_o+θ_F-θ_o，则平滑转接时间T内的任意时刻对应的转接段机器人转角θ(t)具体如下式所示：

θ(t)=θ_c(t)+θ_F-θ_o

此外，由于圆弧轨迹加工段在转角处速度方向沿圆弧切线方向，因此圆弧轨迹加工段与点到点加工段之间的平滑转接可转化为上述的直线轨迹加工段与点到点加工段之间的平滑转接。

上述平滑转接规划过程为针对连续轨迹加工段为当前加工段以及点到点加工段为下一加工段的情况，在其他实施方式中，当点到点加工段为当前加工段以及连续轨迹加工段为下一加工段时，其平滑转接规划过程同理于连续轨迹加工段为当前加工段以及点到点加工段为下一加工段的情况，其平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角θ(t)同样为θ(t)=θ_c(t)+θ_F-θ_o，其中，

θ_F为由下一加工段即连续轨迹加工段的起点O起下一加工段经时间t运动到达的位置点F的坐标对应的下一加工段机器人转角，位置点F的坐标为根据OF、下一加工段的起点O的坐标以及下一加工段的方向向量而获取， $\mathrm{OF}=\frac{1}{2}{a}_{\max }{t}^2$ 或 $\mathrm{OF}=\frac{1}{6}{J}_{\max }{t}^3.$

可以理解，本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法一实施方式通过获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间，获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角，最后根据加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角，完成连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接过程机器人各关节角度的规划，在不改变连续轨迹加工段以及点到点加工段的初始角度、角速度的前提下实现机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接，进而提高机器人的工作效率。

请参阅图12和图13，本发明机器人连续加工方法一实施方式包括：

步骤S201：获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间；

获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间，其中，连续轨迹加工段为当前加工段以及点到点加工段为下一加工段，或点到点加工段为当前加工段以及连续轨迹加工段为下一加工段。连续轨迹加工段是直线轨迹加工段或圆弧轨迹加工段。

步骤S202：获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角；

获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角，其中，加工段机器人转角为加工过程中机器人各关节的转角。

步骤S203：根据加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角；

根据加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角，其中，转接段机器人转角为平滑转接过程中机器人各关节的转角，以完成连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接的规划。连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接的规划过程具体可参阅上述机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法一实施方式，此处不再赘述。

步骤S204：机器人对工件进行当前加工段的加工、机器人对应转接段机器人转角进行平滑转接、机器人对工件进行下一加工段的加工。

在平滑转接前即在当前加工段lc的起点与第二平滑转接起点A′的加工段之间，机器人对工件进行当前加工段lc的加工；在平滑转接时间T内，机器人对应转接段机器人转角θ(t)进行连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接，即机器人按照平滑转接曲线A′B′的轨迹进行当前加工段与下一加工段之间的平滑转接，在平滑转接时间T内，机器人停止对工件的加工；在完成平滑转接后即机器人运动到第二平滑转接终点B′时，机器人对工件进行下一加工段ln的加工。

可以理解，本发明机器人连续加工方法一实施方式通过获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间，获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角，根据加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角，在平滑转接时间内机器人对应转接段机器人转角进行连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接，在平滑转接前后机器人对工件进行加工，可以实现机器人连续加工过程中的平滑转接，进而提高机器人对工件的加工效率。

请参阅图14，本发明机器人连续加工装置一实施方式包括：

平滑转接时间获取模块301，用于获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间，其中，连续轨迹加工段为当前加工段以及点到点加工段为下一加工段，或点到点加工段为当前加工段以及连续轨迹加工段为下一加工段。连续轨迹加工段是直线轨迹加工段或圆弧轨迹加工段。

加工段机器人转角获取模块302，用于获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角，其中，加工段机器人转角为加工过程中机器人各关节的转角。

转接段机器人转角获取模块303，用于根据加工段机器人转角获取模块302获得的加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角，其中，转接段机器人转角为平滑转接过程中机器人各关节的转角。

加工模块304，用于在平滑转接前对工件进行当前加工段的加工。

转接模块305，用于在平滑转接时间内对应转接段机器人转角进行连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接。

加工模块304还用于在完成平滑转接后对工件进行下一加工段的加工。

可以理解，本发明机器人连续加工装置一实施方式通过平滑转接时间获取模块301获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间，加工段机器人转角获取模块302获取连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角，转接段机器人转角获取模块303根据加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角，转接模块305在平滑转接时间内机器人对应转接段机器人转角进行连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接，加工模块304在平滑转接前后对工件进行加工，可以实现机器人连续加工过程中的平滑转接，进行提高机器人对工件的加工效率。

请参阅图15，本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接装置一实施方式包括：

平滑转接时间获取模块401，用于获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间。

加工段机器人转角获取模块402，用于获取在平滑转接时间内的任意时刻连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角。

转接段机器人转角获取模块403，用于根据加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角，以完成连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接的规划。

可以理解，本发明机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接装置一实施方式通过平滑转接时间获取模块401获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间，加工段机器人转角获取模块402进一步获取连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角，转接段机器人转角获取模块403根据加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角，完成连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接过程机器人各关节角度的规划，在不改变连续轨迹加工段与点到点加工段的初始角度、角速度的前提下实现机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接，进而提高机器人的工作效率。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种机器人连续加工方法，其特征在于，包括：

获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间，其中，所述连续轨迹加工段为当前加工段以及所述点到点加工段为下一加工段，或所述点到点加工段为当前加工段以及所述连续轨迹加工段为下一加工段；

获取在所述平滑转接时间内的任意时刻所述连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角；

根据所述加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角；

在所述平滑转接前，机器人对工件进行所述当前加工段的加工，在所述平滑转接时间内，所述机器人对应所述转接段机器人转角进行连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接，在完成所述平滑转接后，所述机器人对工件进行下一加工段的加工。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述连续轨迹加工段是直线轨迹加工段或圆弧轨迹加工段；

所述加工段机器人转角为加工过程中机器人各关节的转角，所述转接段机器人转角为平滑转接过程中机器人各关节的转角。

3.一种机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接方法，其特征在于，包括：

获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间；

获取在所述平滑转接时间内的任意时刻所述连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角；

根据所述加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角，以完成所述连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接的规划。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述连续轨迹加工段为当前加工段以及所述点到点加工段为下一加工段，或所述点到点加工段为当前加工段以及所述连续轨迹加工段为下一加工段；

所述连续轨迹加工段是直线轨迹加工段或圆弧轨迹加工段；

所述加工段机器人转角为加工过程中机器人各关节的转角，所述转接段机器人转角为平滑转接过程中机器人各关节的转角。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间的步骤具体包括：

当所述连续轨迹加工段为当前加工段以及所述点到点加工段为下一加工段时，获取第一平滑转接起点A运动至所述当前加工段的终点O的时间T₁或所述下一加工段的起点O运动至第一平滑转接终点B的时间T₂，其中，所述当前加工段的终点O为下一加工段的起点O；

分别获取所述当前加工段运动总时间对应的一半时间T_half1以及下一加工段运动总时间对应的一半时间T_half2；

获取所述连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间T，具体如下式所示：

T=min(T′,T_half1,T_half2)

其中，T′=T₁=T₂。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取在所述平滑转接时间内的任意时刻所述连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角的步骤具体包括：

获取第二平滑转接起点A′与所述当前加工段的终点O之间的加工段长度OA′，

当所述当前加工段的速度规划为T型曲线速度规划时，所述OA′具体如下式所示：

${\mathrm{OA}}^{\&prime;}=\frac{1}{2}{a}_{\max }{T}^2$

其中，a_max为机器人机械手的最大加速度；

当所述当前加工段的速度规划为S型曲线速度规划时，所述OA′具体如下式所示：

${\mathrm{OA}}^{\&prime;}=\frac{1}{6}{J}_{\max }{T}^3$

根据所述OA′、所述当前加工段的终点O的坐标以及当前加工段的方向向量获取第二平滑转接起点A′的坐标，J_max为机器人机械手的最大加加速度；

获取由所述第二平滑转接起点A′起当前加工段经时间t运动到达的位置点E与所述当前加工段的终点O之间的加工段长度OE，

当所述当前加工段的速度规划为T型曲线速度规划时，所述OE具体如下式所示：

$\mathrm{OE}=\frac{1}{2}{a}_{\max }{(T-t)}^2$

当所述当前加工段的速度规划为S型曲线速度规划时，所述OE具体如下式所示：

$\mathrm{OE}=\frac{1}{6}{J}_{\max }{(T-t)}^3$

根据所述OE、所述当前加工段的终点O的坐标以及当前加工段的方向向量获取在平滑转接时间内的任意时刻当前加工段运动到达的位置点E的坐标，其中，0<t≤T；

获取所述当前加工段运动到达的位置点E的坐标对应的当前加工段机器人转角θ_c(t)；

获取由所述下一加工段的起点O起所述下一加工段经时间t运动到达的位置点F对应的下一加工段机器人转角θ_F，

当所述下一加工段的速度规划为T型曲线速度规划时，所述θ_F具体如下式所示：

${\mathrm{\&theta;}}_F={\mathrm{\&theta;}}_o+\frac{1}{2}{\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{\max }{t}^2$

其中，θ_o为所述当前加工段的终点O对应的加工段机器人转角，

为机器人各关节中最慢关节的最大角加速度；

当所述下一加工段的速度规划为S型曲线速度规划时，所述θ_F具体如下式所示：

${\mathrm{\&theta;}}_F={\mathrm{\&theta;}}_o+\frac{1}{6}{\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{\max }{t}^3$

其中，

为机器人各关节中最慢关节的最大角加加速度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角具体如下式所示：

θ(t)=θ_c(t)+θ_F-θ_o

其中，θ(t)为所述平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角。

8.一种机器人连续加工装置，其特征在于，包括：

平滑转接时间获取模块，用于获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间，其中，所述连续轨迹加工段为当前加工段以及所述点到点加工段为下一加工段，或所述点到点加工段为当前加工段以及所述连续轨迹加工段为下一加工段；

加工段机器人转角获取模块，用于获取在所述平滑转接时间内的任意时刻所述连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角；

转接段机器人转角获取模块，用于根据所述加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角；

加工模块，用于在所述平滑转接前对工件进行所述当前加工段的加工；

转接模块，用于在所述平滑转接时间内对应所述转接段机器人转角进行连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接；

所述加工模块还用于在完成所述平滑转接后对工件进行下一加工段的加工。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述连续轨迹加工段是直线轨迹加工段或圆弧轨迹加工段；

所述加工段机器人转角为加工过程中机器人各关节的转角，所述转接段机器人转角为平滑转接过程中机器人各关节的转角。

10.一种机器人连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接装置，其特征在于，包括：

平滑转接时间获取模块，用于获取连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接时间；

加工段机器人转角获取模块，用于获取在所述平滑转接时间内的任意时刻所述连续轨迹加工段以及点到点加工段运动到达的位置点对应的加工段机器人转角；

转接段机器人转角获取模块，用于根据所述加工段机器人转角获取平滑转接时间内的任意时刻对应的转接段机器人转角，以完成所述连续轨迹加工段与点到点加工段间的平滑转接的规划。

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