CN107511825A - 一种基于机械臂的路径规划方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机械臂的路径规划方法，首先设置所述码放区域的垛件码放工艺；然后控制所述机械臂获取所述取件点位置，根据从用户选取的第一预设点到所述取件点规划第一阶段路径；接着读取所述码放工艺得到置件点位置，根据从所述取件点到所述置件点规划第二路径；随后读取用户选取的第二预设点的位置数据，根据从所述置件点到用户选取的第二预设点规划第三阶段路径；最后控制所述机械臂依次按照所述第一阶段路径、第二阶段路径和第三阶段路径运动，并且在所述第一预设点进行检测，条件满足时从所述取件点抓取所述垛件，在所述第二预设点进行检测，条件满足时在所述置件点放置垛件。本发明还提供了一种基于机械臂的路径规划装置，能有效防止空抓现象的发生，并且保护工作过程机械臂与工作人员的安全。

Description

一种基于机械臂的路径规划方法和装置

技术领域

本发明涉及机械臂控制领域，尤其涉及一种基于机械臂的路径规划方法和装置。

背景技术

搬运和码垛作业在现代企业的物流管理中占有重要地位。在码垛工作中，码垛安全性尤为重要。现有技术中对码垛机械臂的路径规划一般是从取件位置直接将垛件提起，并移动到置件位置将所述垛件放下后直接离开。在现有的路径规划方法中，由于机械臂的动作过于直接，导致机械臂容易在垛件未到位时进行工作而出现空抓现象，并且容易与路径上的障碍物产生摩擦甚至碰撞，造成码垛工作的安全性受到影响。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于机械臂的路径规划方法，能有效防止空抓现象的发生，并且保护工作过程机械臂与工作人员的安全。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于机械臂的路径规划方法，包括步骤：

S1、设置所述码放区域的垛件码放工艺；

S2、控制所述机械臂获取所述取件点位置，根据从用户选取的第一预设点到所述取件点规划第一阶段路径；

S3、读取所述码放工艺得到置件点位置，根据从所述取件点到所述置件点规划第二路径；

S4、读取用户选取的第二预设点的位置数据，根据从所述置件点到用户选取的第二预设点规划第三阶段路径；

S5、控制所述机械臂依次按照所述第一阶段路径、第二阶段路径和第三阶段路径运动，并且在所述第一预设点进行检测，条件满足时从所述取件点抓取所述垛件，在所述第二预设点进行检测，条件满足时在所述置件点放置垛件。

作为上述方案的改进，所述步骤S2具体包括：

S21、控制所述机械臂的取件部运动到取件位置，记录所述取件位置为取件点；

S22、控制所述机械臂的取件部运动到用户选取的第一预设点，记录所述第一预设点的位置为预取件点，计算从所述预取件点到所述取件点的路径，记为第一阶段路径。

作为上述方案的改进，通过记录空间坐标的形式来记录所述取件点、所述第一预设点。

作为上述方案的改进，所述码放工艺包括垛件的码放姿态、码放位置和码放次序。

作为上述方案的改进，所述步骤S4具体包括：

S41、控制所述机械臂的取件部运动到用户选取的第二预设点，记录所述第二预设点的位置为预离开点，计算从所述置件点到所述预离开点的路径，记为第三阶段路径；

S42、读取所述码放工艺，根据码放顺序对所述垛件对应的置件点和预离开点进行修正，循环进行步骤S41，得到按照码放顺序排列的多个所述第三阶段路径的集合。

作为上述方案的改进，通过记录空间坐标的形式来记录所述置件点和所述第二预设点。

作为上述方案的改进，通过空间向量的方式记录所述第一阶段路径、所述第二阶段路径和所述第三阶段路径。

作为上述方案的改进，所述步骤S5包括：

S51、控制所述机械臂的取件部移动到所述预取件点，读取抓取条件并进行判断，当所述抓取条件达到抓取标准时，控制所述取件部运动到所述取件点抓取所述垛件，并移动到所述垛件对应的所述置件点；否则进入等待，并再次读取所述抓取条件进行判断；

S52、控制所述机械臂的取件部循相应的所述第三阶段路径，将所述垛件放置在对应的所述置件点，并以移动到所述垛件对应的所述预离开点,读取离开条件并进行判断，当所述离开条件满足离开标准时，控制所述取件部离开所述预离开点，并结束所述垛件的码放工作；否则进入等待，并再次读取所述离开条件进行判断。

作为上述方案的改进，步骤S52还包括在放置所述垛件前对所述垛件的姿态进行调整。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种基于机械臂的路径规划方法，首先设置托盘上垛件的码放工艺，然后确定取件点并选取预取件点，依照从所述预取件点到所述取件点规划第一阶段路径。根据所述码放工艺确定所述垛件的置件点，依照从所述取件点到所述置件点规划第二阶段路径。然后选取预离开点，依照从所述置件点到所述预离开点规划第三阶段路径。在机械臂进行码垛工作时，控制所述机械臂在所述预取件点判断取件条件，在所述取件条件达到所述取件标准时进行取件；并在码放所述垛件之后控制所述所述机械臂移动到所述预离开点判断所述离开条件，在所述离开条件达到所述离开标准时控制所述机械臂离开，完成当前的所述垛件的码放工作。规划了以所述预取件点为起点，依次经过所述取件点和置件点，并以所述预离开点为终点的工作路径，由于在所述预取件点对所述抓取条件进行判断，避免了在垛件未到位或工作区域有障碍物等情况下对机械臂造成损伤，同时还防止了空抓现象的发生，在所述预离开点进行离开条件判断，避免了做在机械臂往返运动中出现与侵入的人或物体发生碰撞，在保护人员安全的同时，也延长了机械臂的使用寿命。

本发明实施例还提供了一种机械臂的路径规划装置，包括：

工艺设置模块，用于控制垛件码放工艺的设置；

第一规划模块，用于规划所述第一阶段路径；

第二规划模块，用于规划所述第二阶段路径；

第三规划模块，用于规划所述第三阶段路径；

码垛控制模块，用于控制所述机械臂根据预设的码放工艺进行码垛工作。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种基于机械臂的路径规划装置，由所述工艺设置模块设置托盘上垛件的码放工艺，所述第一规划模块确定取件点并读取预取件点位置，依照从所述预取件点到所述取件点规划第一阶段路径。所述第二规划模块根据所述码放工艺确定所述垛件的置件点，依照从所述取件点到所述置件点规划第二阶段路径。所述第三规划模块读取预离开点位置，依照从所述置件点到所述预离开点规划第三阶段路径。所述码垛控制模块控制所述机械臂在所述预取件点判断取件条件，在所述取件条件达到所述取件标准时进行取件；并在码放所述垛件之后控制所述所述机械臂移动到所述预离开点判断所述离开条件，在所述离开条件达到所述离开标准时控制所述机械臂离开，完成当前的所述垛件的码放工作。规划了以所述预取件点为起点，依次经过所述取件点和置件点，并以所述预离开点为终点的工作路径，由于在所述预取件点对所述抓取条件进行判断，避免了在垛件未到位或工作区域有障碍物等情况下对机械臂造成损伤，同时还防止了空抓现象的发生，在所述预离开点进行离开条件判断，避免了做在机械臂往返运动中出现与侵入的人或物体发生碰撞，在保护人员安全的同时，也延长了机械臂的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例中一种基于机械臂的路径规划方法的流程图。

图2是本发明实施例中一种基于机械臂的路径规划方法步骤S2的流程图。

图3是本发明实施例中一种基于机械臂的路径规划方法步骤S4的流程图。

图4是本发明实施例中一种基于机械臂的路径规划方法步骤S5的流程图。

图5是本发明实施例中一种基于机械臂的路径规划装置的结构示意图。

具体实施方式

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

本发明实施例提供的一种基于机械臂的空间坐标系的构建方法，所述机械臂为多关节机械臂，包括取件部和运动部。所述取件部用于取放垛件，所述取件部取得所述垛件的方式包括但不限于夹取、托取和吸取；所述运动部包括多个关节联动，用于带动所述机械臂的取件部实现三维位移。所述机械臂将所述垛件码放到托盘上，所述托盘为码垛用托盘，承载面为方形，包括但不限于平板托盘、柱式托盘和箱式托盘。

参见图1至图4，本发明实施例提供的一种基于机械臂的路径规划方法包括步骤：

S1、设置所述码放区域的垛件码放工艺。

具体地，读取码放区域的面积和形状数据，结合单个所述垛件码放在所述码放区域上的占用面积和形状数据，计算出所述码放区域可承载的所述垛件的单层最大数量。通过启发式算法，如蚁群算法或近似算法等，也可以通过穷举法，在满足所述码放区域单层码放的所述垛件的数量等于所述单层最大数量的条件下，计算出将多个所述垛件码放在所述码放区域上的码放姿态和码放位置，并为多个所述垛件添加任意的码放顺序，将多个所述垛件的所述码放姿态、所述码放位置和所述码放顺序的组合记录为码放工艺。

S2、控制所述机械臂获取所述取件点位置，根据从用户选取的第一预设点到所述取件点规划第一阶段路径。具体地，步骤S2包括：

S21、控制所述机械臂的取件部运动到取件位置，记录所述取件位置为取件点。

在本步骤中，为了方便描述，假设所述垛件通过流水线而被运送到所述取件位置，从而被所述机械臂的取件部夹取，在其他情况下，所述垛件也可以是堆放在特定区域，不影响本发明取得的有益效果。所述取件位置的表现形式可以是空间坐标系的坐标，也可以所述机械臂的运动部的姿态信息，或是通过所述机械臂的其他传感器的定位信息。在本实施例中，所述取件位置表现为空间坐标系的坐标A1(x1，y1，z1)，所述坐标A1为取件点坐标。

S22、控制所述机械臂的取件部运动到用户选取的第一预设点，记录所述第一预设点的位置为预取件点，计算从所述预取件点到所述取件点的路径，记为第一阶段路径。

具体地，结合图2，控制所述机械臂的取件部运动到用户选取的第一预设点，将所述第一预设点的空间坐标系坐标A2(x2，y2，z2)记录为预取件点坐标A2。读取所述取件点坐标A1，计算所述预取件点坐标A2到所述取件点坐标A1的路径，得到第一路径矢量A2A1。在本实施例中，所述预取件点选取在所述取件点上方，在其他情况下，所述预取件点的位置也可以是位于所述取件点的下方、左侧或右侧，不影响本发明取得的有益效果。

S3、读取所述码放工艺，将需码放的首个所述垛件在所述托盘上应码放的位置记为第一置件点，计算从所述取件点到所述第一置件点之间的路径。

读取所述码放工艺，即读取步骤S1中设定的码放在所述托盘上的多个所述垛件的所述码放姿态、所述码放位置和所述码放顺序，从所述码放工艺中得到首个所述垛件对应的1号码放顺序、1号位置和1号姿态。将所述1号位置的坐标B1(x3，y3，z3)记录为第一置件点坐标B1。计算所述取件点A1到所述第一置件点B1的路径，得到第二路径矢量A1B1。

S4、读取用户选取的第二预设点的位置数据，根据从所述置件点到用户选取的第二预设点规划第三阶段路径。具体地，步骤S4包括：

S41、控制所述机械臂的取件部运动到用户选取的第二预设点，记录所述第二预设点的位置为预离开点，计算从所述置件点到所述预离开点的路径。

具体地，控制所述机械臂的取件部运动到用户选取的第二预设点，将所述第二预设点的空间坐标系坐标C1(x4，y4，z4)记录为第一预离开点坐标C1。读取所述第一置件点坐标B1，计算所述第一置件点B1到所述第一预离开点C1的路径，得到第三路径矢量B1C1。在本实施例中，所述第一预离开点选取在所述取件点上方，在其他情况下，所述第一预离开点的位置也可以是位于所述第一置件点的下方、左侧或右侧，不影响本发明取得的有益效果。

S42、读取所述码放工艺，根据码放顺序对所述垛件对应的置件点和预离开点进行修正，循环进行步骤S41，得到按照码放顺序排列的第三阶段路径的集合。

从所述码放工艺中获取多个垛件的所述码放姿态、所述码放位置和所述码放顺序。例如，获取首个所述垛件对应的1号码放顺序、1号位置和1号姿态；并获取第二个所述垛件对应的2号码放顺序、2号位置和2号姿态。根据所述第一置件点坐标B1和所述1号位置的坐标B1进行比较，得到B1-B1＝D1＝0，所以位置偏移D1为零。将所述第一置件点坐标B1修正为所述1号位置的坐标B1，即无需修正，并将首个所述垛件对应的第一预离开点C1修正为C1+D1＝C1，即无需修正；根据所述第一置件点坐标B1和所述2号位置的坐标B2进行比较，得到B2-B1＝D2，得到位置偏移D2。将所述第二置件点坐标修正为所述2号位置的坐标B2，并将第二个所述垛件对应的第二预离开点修正为C1+D2＝C2，得到所述第二预离开点的坐标为C2。

S5、控制所述机械臂依次按照所述第一阶段路径、第二阶段路径和第三阶段路径运动，并且在所述第一预设点进行检测，条件满足时从所述取件点抓取所述垛件，在所述第二预设点进行检测，条件满足时在所述置件点放置垛件。具体地，步骤S5包括：

S51、控制所述机械臂的取件部移动到所述预取件点，读取抓取条件并进行判断，当所述抓取条件达到抓取标准时，控制所述取件部运动到所述取件点抓取所述垛件，并移动到所述垛件对应的所述置件点；否则进入等待，并再次读取所述抓取条件进行判断。

在本步骤中，控制所述机械臂的取件部移动到所述预抓取点，并在所述预抓取点读取所述抓取条件，所述抓取条件包括但不限于垛件位置信号和工作区障碍物信号。例如，当所述垛件到达所述取件位时，所述垛件位置信号表示垛件未到位，则所述抓取条件不满足所述抓取标准，此时控制所述机械臂进入等待，并循环检测所述抓取条件，直至所述抓取条件满足所述抓取标准。当所述抓取条件满足所述抓取标准时，控制所述取件部循所述第一路径矢量A2A1移动到所述取件点抓取所述垛件。以首个所述垛件为例，控制所述取件部抓取所述垛件循所述第二路径矢量A1B1移动到所述第一置件点B1。

S52、控制所述机械臂的取件部循相应的所述第三阶段路径，将所述垛件放置在对应的所述置件点，并以移动到所述垛件对应的所述预离开点,读取离开条件并进行判断，当所述离开条件满足离开标准时，控制所述取件部离开所述预离开点，并结束所述垛件的码放工作；否则进入等待，并再次读取所述离开条件进行判断。

以首个所述垛件为例，控制所述机械臂的取件部将所述垛件放置在所述第一置件点之后，控制所述取件部循对应的所述第三路径矢量B1C1移动到所述第一预离开点，并在所述第一预离开点对所述离开条件进行判断。所述离开条件包括但不限于工作区障碍物信号。例如，当所述工作区内有障碍物出现，如工作人员或其他外来物，所述工作区障碍物信号处于告警状态，则所述离开条件不满足离开标准，此时控制所述机械臂进入等待，并循环检测所述离开条件，直至所述离开条件满足所述离开标准。当所述离开条件满足所述离开标准时，控制所述取件部从所述第一预离开点返回所述预取件点，完成首个所述垛件的码放工作。

本发明实施例提供的一种基于机械臂的路径规划方法，首先设置托盘上垛件的码放工艺，然后确定取件点并选取预取件点，依照从所述预取件点到所述取件点规划第一阶段路径。根据所述码放工艺确定所述垛件的置件点，依照从所述取件点到所述置件点规划第二阶段路径。然后选取预离开点，依照从所述置件点到所述预离开点规划第三阶段路径。在机械臂进行码垛工作时，控制所述机械臂在所述预取件点判断取件条件，在所述取件条件达到所述取件标准时进行取件；并在码放所述垛件之后控制所述所述机械臂移动到所述预离开点判断所述离开条件，在所述离开条件达到所述离开标准时控制所述机械臂离开，完成当前的所述垛件的码放工作。规划了以所述预取件点为起点，依次经过所述取件点和置件点，并以所述预离开点为终点的工作路径，由于在所述预取件点对所述抓取条件进行判断，避免了在垛件未到位或工作区域有障碍物等情况下对机械臂造成损伤，同时还防止了空抓现象的发生，在所述预离开点进行离开条件判断，避免了做在机械臂往返运动中出现与侵入的人或物体发生碰撞，在保护人员安全的同时，也延长了机械臂的使用寿命。

参见图5，是本发明实施例提供的一种机械臂的路径规划装置1，包括工艺设置模块11，用于控制垛件码放工艺的设置；第一规划模块12，用于规划所述第一阶段路径；第二规划模块13，用于规划所述第二阶段路径；第三规划模块14，用于规划所述第三阶段路径；码垛控制模块15，用于控制所述机械臂根据预设的码放工艺进行码垛工作。

本发明实施例提供的一种机械臂的路径规划装置各个模块的工作原理及过程可参考上述实施例的一种机械臂的路径规划方法，在此不做赘述。

本发明实施例提供的一种基于机械臂的路径规划装置，由所述工艺设置模块设置托盘上垛件的码放工艺，所述第一规划模块确定取件点并读取预取件点位置，依照从所述预取件点到所述取件点规划第一阶段路径。所述第二规划模块根据所述码放工艺确定所述垛件的置件点，依照从所述取件点到所述置件点规划第二阶段路径。所述第三规划模块读取预离开点位置，依照从所述置件点到所述预离开点规划第三阶段路径。所述码垛控制模块控制所述机械臂在所述预取件点判断取件条件，在所述取件条件达到所述取件标准时进行取件；并在码放所述垛件之后控制所述所述机械臂移动到所述预离开点判断所述离开条件，在所述离开条件达到所述离开标准时控制所述机械臂离开，完成当前的所述垛件的码放工作。规划了以所述预取件点为起点，依次经过所述取件点和置件点，并以所述预离开点为终点的工作路径，由于在所述预取件点对所述抓取条件进行判断，避免了在垛件未到位或工作区域有障碍物等情况下对机械臂造成损伤，同时还防止了空抓现象的发生，在所述预离开点进行离开条件判断，避免了做在机械臂往返运动中出现与侵入的人或物体发生碰撞，在保护人员安全的同时，也延长了机械臂的使用寿命。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于机械臂的路径规划方法，其特征在于，包括步骤：

S1、设置所述码放区域的垛件码放工艺；

S2、控制所述机械臂获取所述取件点位置，根据从用户选取的第一预设点到所述取件点规划第一阶段路径；

S3、读取所述码放工艺得到置件点位置，根据从所述取件点到所述置件点规划第二路径；

S4、读取用户选取的第二预设点的位置数据，根据从所述置件点到用户选取的第二预设点规划第三阶段路径；

S5、控制所述机械臂依次按照所述第一阶段路径、第二阶段路径和第三阶段路径运动，并且在所述第一预设点进行检测，条件满足时从所述取件点抓取所述垛件，在所述第二预设点进行检测，条件满足时在所述置件点放置垛件。

2.如权利要求1所述的路径规划方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S21、控制所述机械臂的取件部运动到取件位置，记录所述取件位置为取件点；

S22、控制所述机械臂的取件部运动到用户选取的第一预设点，记录所述第一预设点的位置为预取件点，计算从所述预取件点到所述取件点的路径，记为第一阶段路径。

3.如权利要求2所述的路径规划方法，其特征在于，通过记录空间坐标的形式来记录所述取件点、所述第一预设点。

4.如权利要求1所述的路径规划方法，其特征在于，所述码放工艺包括垛件的码放姿态、码放位置和码放次序。

5.如权利要求4所述的路径规划方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

S41、控制所述机械臂的取件部运动到用户选取的第二预设点，记录所述第二预设点的位置为预离开点，计算从所述置件点到所述预离开点的路径，记为第三阶段路径；

S42、读取所述码放工艺，根据码放顺序对所述垛件对应的置件点和预离开点进行修正，循环进行步骤S41，得到按照码放顺序排列的多个所述第三阶段路径的集合。

6.如权利要求5所述的路径规划方法，其特征在于，通过记录空间坐标的形式来记录所述置件点和所述第二预设点。

7.如权利要求1～6任一项所述的路径规划方法，其特征在于，通过空间向量的方式记录所述第一阶段路径、所述第二阶段路径和所述第三阶段路径。

8.如权利要求4所述的路径规划方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

S51、控制所述机械臂的取件部移动到所述预取件点，读取抓取条件并进行判断，当所述抓取条件达到抓取标准时，控制所述取件部运动到所述取件点抓取所述垛件，并移动到所述垛件对应的所述置件点；否则进入等待，并再次读取所述抓取条件进行判断；

S52、控制所述机械臂的取件部循相应的所述第三阶段路径，将所述垛件放置在对应的所述置件点，并以移动到所述垛件对应的所述预离开点,读取离开条件并进行判断，当所述离开条件满足离开标准时，控制所述取件部离开所述预离开点，并结束所述垛件的码放工作；否则进入等待，并再次读取所述离开条件进行判断。

9.如权利要求8所述的路径规划方法，其特征在于，步骤S52还包括在放置所述垛件前对所述垛件的姿态进行调整。

10.一种机械臂的路径规划装置，其特征在于，包括：

工艺设置模块，用于控制垛件码放工艺的设置；

第一规划模块，用于规划所述第一阶段路径；

第二规划模块，用于规划所述第二阶段路径；

第三规划模块，用于规划所述第三阶段路径；

码垛控制模块，用于控制所述机械臂根据预设的码放工艺进行码垛工作。