CN106003027B - 机械臂运动路径的设置方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种一种机械臂运动路径的设置方法和系统，其中方法包括：根据障碍物的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域；确定机械臂端部的起始位置和终点位置，根据所述起始位置和终点位置分别确定械臂端部在所述圆环形安全区域内的转动起点和转动终点；计算机械臂端部从起始位置运动到所述转动起点的第一运动路径以及机械臂端部从所述转动终点运动到终点位置的第二运动路径；根据第一运动路径、第二运动路径和转动路径设置所述机械臂运动路径；其中，所述转动路径为机械臂端部从转动起点弧形转动到转动终点之间的路径。该方案提高了路径设置的效率，而且路径的中间点固定为两个，也便于算法实现。

Description

机械臂运动路径的设置方法和系统
技术领域
本发明涉及智能装备技术领域，特别是涉及一种机械臂运动路径的设置方法和系统。
背景技术
工业机器人主要依靠机械臂来实现运动功能，机械臂运动路径是机械臂由一个位置点运动到另一个位置点所经过的路径。如下图1所示，图1为一四轴机械臂运动空间示意图；如图示机械臂运动空间中存在J、K、L、M、N及机械臂自身机座O等障碍物，机械臂需要由一个位置点运动到另一个位置点，则需要先设置运动路径，然后根据路径在该机械臂运动空间中绕过上述障碍物到达目的位置，例如，机械臂需要A点运动到B点，则需要规划其路径不与途中障碍物发生碰撞的情况下从A点运动到B点。
传统的机械臂运动路径设置方法，主要使用描点法，如图2所示，图2为描点法设置机械臂运动路径的示意图，即在机械臂运动轨迹中分别设置C、D、E为机械臂运行的过渡点，其路径为A、C、D、E、B。这种方式设置的机械臂运动路径主要存在如下缺陷：
(1)需要示教各个轨迹中间过渡点，转移速度较慢；
(2)难以精确控制机械臂的运动轨迹；
(3)中间过渡点的个数有不确定性，软件编程控制机械臂较为复杂。
由此可见，传统的机械臂运动路径设置方法，存在过渡点多，精确控制以及软件实现复杂的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种机械臂运动路径的设置方法和系统，提高了设置效率，降低算法实现难度。
一种机械臂运动路径的设置方法，包括：
根据障碍物的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域；圆环形安全区域的内环半径为Rmin，圆环形安全区域的外环半径为Rmax；
确定机械臂端部的起始位置和终点位置，根据所述起始位置和终点位置分别确定械臂端部在所述圆环形安全区域内的转动起点和转动终点；
计算机械臂端部从起始位置运动到所述转动起点的第一运动路径以及机械臂端部从所述转动终点运动到终点位置的第二运动路径；
根据第一运动路径、第二运动路径和转动路径设置所述机械臂运动路径；其中，所述转动路径为机械臂端部从转动起点弧形转动到转动终点之间的路径。
一种机械臂运动路径的设置系统，包括：
安全区设置模块，用于根据障碍物的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域；圆环形安全区域的内环半径为Rmin，圆环形安全区域的外环半径为Rmax；
转动点设置模块，用于确定机械臂端部的起始位置和终点位置，根据所述起始位置和终点位置分别确定械臂端部在所述圆环形安全区域内的转动起点和转动终点；
转动路径计算模块，用于计算机械臂端部从起始位置运动到所述转动起点的第一运动路径以及机械臂端部从所述转动终点运动到终点位置的第二运动路径；
移动路径设置模块，用于根据第一运动路径、第二运动路径和转动路径设置所述机械臂运动路径；其中，所述转动路径为机械臂端部从转动起点弧形转动到转动终点之间的路径。
上述机械臂运动路径的设置方法和系统，首先确定机械臂转动中避开障碍物的圆环形安全区域，再根据起始位置和终点位置确定械臂端部在圆环形安全区域内的转动起点和转动终点；最后由起始位置运动到转动起点的第一运动路径以及转动终点运动到终点位置的第二运动路径和机械臂转动路径构成机械臂运动路径。该方案设置的机械臂运动路径，可保证机械臂运动过程中不会与障碍物发生碰撞，适应多种障碍物布局，提高了路径设置的效率，而且路径的中间点固定为两个，也便于算法实现。
附图说明
图1为一四轴机械臂运动空间示意图；
图2为描点法设置机械臂运动路径的示意图；
图3为本发明的机械臂运动路径的设置方法流程图；
图4为圆环形安全区域示意图；
图5是机械臂端部运动轨迹示意图；
图6为本发明的机械臂运动路径的设置系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例阐述本发明的机械臂运动路径的设置方法和系统的技术方案，实施例中，主要是以四轴机械臂为例进行说明。
参考图3所示，图3为本发明的机械臂运动路径的设置方法流程图，包括：
S101，根据障碍物的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域；圆环形安全区域的内环半径为Rmin，圆环形安全区域的外环半径为Rmax；
在本步骤中，根据机械臂周围的障碍物所处在位置分布信息，确定机械臂在底座平面上，绕中心点O竖直线转动的圆环形安全区域，机械臂的路径所采用的方案是先将机械臂的端部移动到圆环形安全区域内，然后围绕中心点O竖直线进行弧形转动，再移动到目的位置。
在一个实施例中，具体确定圆环形安全区域的方法可以如下：
首先，获取外围部件和机械臂基座在底部平面上的投影；
然后根据外围部件的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的外环半径；
最后根据机械臂基座的的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的内环半径。
参考图4所示，图4为圆环形安全区域示意图，图中虚线所示，Rmin为内环半径，Rmax为外环半径，机械臂可以在圆环形安全区域内安全转动。
S102，确定机械臂端部的起始位置和终点位置，根据所述起始位置和终点位置分别确定械臂端部在所述圆环形安全区域内的转动起点和转动终点；
在本步骤中，参考图5所示，图5是机械臂端部运动轨迹示意图，首先是要确定机械臂端部目前所处的起始位置A，然后确定其要移动到的终点位置B，分别利用该位置来分别确定机械臂端部在圆环形安全区域内的转动起点A’和转动终点B’。机械臂端部移动进入圆环形安全区域，先要从起始位置A移动到转动起点A’，通过弧形转动到达转动终点B’，然后从转动终点B’离开圆环形安全区域，移动至终点位置B。
在一个实施例中，如图5，所述转动起点A’在起始位置A与机械臂转动中心点O的连线上；所述转动终点B’在终点位置B与机械臂转动中心点O的连线上。
进一步地，如图5，所述转动起点A’和转动终点B’可以设在内环半径与外环半径的中点位置上。
S103，计算机械臂端部从起始位置运动到所述转动起点的第一运动路径以及机械臂端部从所述转动终点运动到终点位置的第二运动路径；
在本步骤中，计算机械臂端部移动的第一运动路径以及第二运动路径；第一运动路径是从起始位置移动到转动起点的路径，第二运动路径是从转动终点移动至终点位置的路径。
S104，根据第一运动路径、第二运动路径和转动路径设置所述机械臂运动路径；其中，所述转动路径为机械臂端部从转动起点弧形转动到转动终点之间的路径；
在本步骤中，由第一运动路径、第二运动路径和弧形转动路径确定机械臂运动路径。
对于四轴机械臂，在圆环形安全区域内绕机械臂转动中心点转动第一臂即可。
上述方法设置的机械臂运动路径，可保证机械臂运动过程中不会与障碍物发生碰撞，适应多种障碍物布局，提高了路径设置的效率，而且路径的中间点固定为两个，也便于算法实现。
参考图6所示，图6为本发明的机械臂运动路径的设置系统的结构示意图，包括：
安全区设置模块101，用于根据障碍物的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域；圆环形安全区域的内环半径为Rmin，圆环形安全区域的外环半径为Rmax；
转动点设置模块102，用于确定机械臂端部的起始位置和终点位置，根据所述起始位置和终点位置分别确定机械臂端部在所述圆环形安全区域内的转动起点和转动终点；
转动路径计算模块103，用于计算机械臂端部从起始位置运动到所述转动起点的第一运动路径以及机械臂端部从所述转动终点运动到终点位置的第二运动路径；
移动路径设置模块104，用于根据第一运动路径、第二运动路径和转动路径设置所述机械臂运动路径；其中，所述转动路径为机械臂端部从转动起点弧形转动到转动终点之间的路径。
在一个实施例中，所述转动起点在起始位置与机械臂转动中心点的连线上；所述转动终点在终点位置与机械臂转动中心点的连线上。
在一个实施例中，所述转动起点和转动终点在内环半径与外环半径的中点位置上。
在一个实施例中，所述机械臂为四轴机械臂；所述机械臂在圆环形安全区域内绕机械臂转动中心点转动第一臂。
所述安全区设置模块101，进一步用于获取外围部件和机械臂基座在底部平面上的投影；根据外围部件的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的外环半径；根据机械臂基座的的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的内环半径。
本发明的机械臂运动路径的设置系统与本发明的机械臂运动路径的设置方法一一对应，在上述机械臂运动路径的设置方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于机械臂运动路径的设置系统的实施例中，特此声明。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机械臂运动路径的设置方法，其特征在于，包括：
根据障碍物和机械臂基座的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域；圆环形安全区域的内环半径为Rmin，圆环形安全区域的外环半径为Rmax；包括：获取外围部件在底部平面上的投影；根据外围部件的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的外环半径；
确定机械臂端部的起始位置和终点位置，根据所述起始位置和终点位置分别确定机械臂端部在所述圆环形安全区域内的转动起点和转动终点；
计算机械臂端部从起始位置运动到所述转动起点的第一运动路径以及机械臂端部从所述转动终点运动到终点位置的第二运动路径；
根据第一运动路径、第二运动路径和转动路径设置所述机械臂运动路径；其中，所述转动路径为机械臂端部从转动起点弧形转动到转动终点之间的路径。
2.根据权利要求1所述的机械臂运动路径的设置方法，其特征在于，根据障碍物的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域的步骤包括：
获取机械臂基座在底部平面上的投影；
根据机械臂基座的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的内环半径。
3.根据权利要求1所述的机械臂运动路径的设置方法，其特征在于，所述转动起点在起始位置与机械臂转动中心点的连线上；
所述转动终点在终点位置与机械臂转动中心点的连线上。
4.根据权利要求3所述的机械臂运动路径的设置方法，其特征在于，所述转动起点和转动终点在内环半径与外环半径的中点位置上。
5.根据权利要求1所述的机械臂运动路径的设置方法，其特征在于，所述机械臂为四轴机械臂；所述机械臂在圆环形安全区域内绕机械臂转动中心点转动第一臂。
6.一种机械臂运动路径的设置系统，其特征在于，包括：
安全区设置模块，用于根据障碍物和机械臂基座的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域；圆环形安全区域的内环半径为Rmin，圆环形安全区域的外环半径为Rmax；进一步用于获取外围部件在底部平面上的投影；根据外围部件的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的外环半径；
转动点设置模块，用于确定机械臂端部的起始位置和终点位置，根据所述起始位置和终点位置分别确定机械臂端部在所述圆环形安全区域内的转动起点和转动终点；
转动路径计算模块，用于计算机械臂端部从起始位置运动到所述转动起点的第一运动路径以及机械臂端部从所述转动终点运动到终点位置的第二运动路径；
移动路径设置模块，用于根据第一运动路径、第二运动路径和转动路径设置所述机械臂运动路径；其中，所述转动路径为机械臂端部从转动起点弧形转动到转动终点之间的路径。
7.根据权利要求6所述的机械臂运动路径的设置系统，其特征在于，所述安全区设置模块，进一步用于获取机械臂基座在底部平面上的投影；根据机械臂基座的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的内环半径。
8.根据权利要求6所述的机械臂运动路径的设置系统，其特征在于，所述转动起点在起始位置与机械臂转动中心点的连线上；
所述转动终点在终点位置与机械臂转动中心点的连线上。
9.根据权利要求8所述的机械臂运动路径的设置系统，其特征在于，所述转动起点和转动终点在内环半径与外环半径的中点位置上。
10.根据权利要求6所述的机械臂运动路径的设置系统，其特征在于，所述机械臂为四轴机械臂；所述机械臂在圆环形安全区域内绕机械臂转动中心点转动第一臂。
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