CN108705530B - 一种工业机器人路径自动修正的方法及系统 - Google Patents

一种工业机器人路径自动修正的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业机器人路径自动修正的方法及系统，其中，自动修正方法包括以下步骤：S1、将待修正的机器人路径分成预设路段，各所述路段包括多个路径点；S2、按照预设顺序依次获取路段，并结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点。本发明可有效的提高操作者修正机器人路径的效率，并且避免操作者逐个修改机器人路径中路径点产生的人为误差，满足实际生产中修正机器人路径的需要，可广泛应用于机器人路径规划领域。

Description

一种工业机器人路径自动修正的方法及系统
技术领域
本发明涉及机器人路径规划领域，尤其涉及一种工业机器人路径自动修正的方法及系统。
背景技术
目前机器人在工业生产制造领域应用广泛。机器人按照预先设定的机器人路径进行运动，其中机器人路径所包含的路径点一般是参考待加工零件的几何表面生成的，通常以坐标形式存储在机器人控制器的目标列表中。当操作者想要改变机器人路径上的一个或多个路径点的位置时，现有技术中是人为逐个对每个路径点输入相应的绝对坐标值或者通过可视界面逐个将每个路径点拖动至预设的位置，这样的修正过程不仅耗时，而且精度不高。
名称解释：
路径点：机器人运动路径所经过的目标点，一般是参考待加工零件的几何表面生成，以坐标形式存储在控制器的目标列表中。
基坐标系：在机器人的基座上建立的坐标系，固连在机器人的静止部位。
待加工零件坐标系：在待加工零件上建立的坐标系，固连在待加工零件上。
待加工零件的几何模型坐标系：固连在待加工零件的几何模型上，在几何模型上建立与待加工零件坐标系相对应的坐标系。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够自动修正工业机器人路径的方法。
本发明的另一目的是提供一种能够自动修正工业机器人路径的系统。
本发明方法所采用的技术方案是：
一种工业机器人路径自动修正的方法，包括以下步骤：
S1、将待修正的机器人路径分成预设路段，各所述路段包括多个路径点；
S2、按照预设顺序依次获取路段，并结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点。
进一步，所述S2中所述结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点的步骤，具体包括以下步骤：
S21、根据基坐标系建立待加工零件坐标系和根据基坐标系建立待加工零件的几何模型坐标系；
S22、结合基坐标系、待加工零件坐标系和几何模型坐标系获取路径点的修正矩阵；
S23、结合修正矩阵和预存的路径点信息逐一修正该路段中每个路径点。
进一步，所述步骤S21，具体包括以下步骤：
根据基坐标系获取待加工零件上三个不共线的点，并根据所述三个点建立待加工零件坐标系；
根据基坐标系获取待加工零件的几何模型上三个不共线的点，并根据所述三个点建立几何模型坐标系。
进一步，所述步骤S22，具体包括以下步骤：
结合基坐标系和待加工零件坐标系获取第一位姿变换矩阵；
结合基坐标系和几何模型坐标系获取第二位姿变换矩阵；
结合第一位姿变换矩阵和第二位姿变换矩阵获取路径点的修正矩阵。
进一步，所述S23的步骤，具体包括以下步骤：
结合预存的路径点信息和基坐标系获取第三位姿变换矩阵；
结合修正矩阵和第三位姿变换矩阵获取第四位姿变换矩阵；
根据第四位姿变换矩阵逐一修正每个路径点。
本发明系统所采用的技术方案是：
一种工业机器人路径自动修正的系统，包括：
存储器，用于存放程序；
处理器，用于执行所述程序以用于执行以下步骤：
S1、将待修正的机器人路径分成预设路段，各所述路段包括多个路径点；
S2、按照预设顺序依次获取路段，并结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点。
进一步，所述S2中所述结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点的步骤，具体包括以下步骤：
S21、根据基坐标系建立待加工零件坐标系和根据基坐标系建立待加工零件的几何模型坐标系；
S22、结合基坐标系、待加工零件坐标系和几何模型坐标系获取路径点的修正矩阵；
S23、结合修正矩阵和预存的路径点信息逐一修正该路段中每个路径点。
进一步，所述步骤S21，具体包括以下步骤：
根据基坐标系获取待加工零件上三个不共线的点，并根据所述三个点建立待加工零件坐标系；
根据基坐标系获取待加工零件的几何模型上三个不共线的点，并根据所述三个点建立几何模型坐标系。
进一步，所述步骤S22，具体包括以下步骤：
结合基坐标系和待加工零件坐标系获取第一位姿变换矩阵；
结合基坐标系和几何模型坐标系获取第二位姿变换矩阵；
结合第一位姿变换矩阵和第二位姿变换矩阵获取路径点的修正矩阵。
本发明系统所采用的另一技术方案是：
一种工业机器人路径自动修正的系统，包括：
路径分段模块，用于将待修正的机器人路径分成预设路段，各所述路段包括多个路径点；
修正模块，用于按照预设顺序依次获取路段，并结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点。
本发明方法的有益效果是：一种工业机器人路径自动修正的方法，包括以下步骤：S1、将待修正的机器人路径分成预设路段，各所述路段包括多个路径点；S2、按照预设顺序依次获取路段，并结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点。本方法可有效的提高操作者修正机器人路径的效率，并且避免操作者逐个修改机器人路径中路径点产生的人为误差，满足实际生产中修正机器人路径的需要。
本发明系统的有益效果是：本系统可有效的提高操作者修正机器人路径的效率，并且避免操作者逐个修改机器人路径中路径点产生的人为误差，满足实际生产中修正机器人路径的需要。
附图说明
图1是一种工业机器人路径自动修正的方法的步骤流程图；
图2是实施例一中步骤A2的详细步骤流程图；
图3是一种工业机器人路径自动修正的系统的结构框图。
具体实施方式
具体实施例一
如图1所示，一种工业机器人路径自动修正的方法，包括以下步骤：
A1、将待修正的机器人路径分成预设路段，各所述路段包括多个路径点。
在本实施例中，按照预设的方法将机器人路径分为N段，所述路径的路段可以根据路径点的位置及姿态特征或待加工零件的几何特征进行分段；如位置或姿态相近的路径点归为同一路段，或由同一面或同一块特征生成的路径点归为同一路段。通过分段可以更加准确的对路径进行修正。其中，N为机器人路径的段数。
A2、按照预设顺序依次获取路段，并结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点。所述预存的路径点信息为待修正的机器人路径中路径点的坐标信息。
参照图2，其中，步骤A2步骤A21～A23：
A21、根据基坐标系建立待加工零件坐标系和根据基坐标系建立待加工零件的几何模型坐标系。
其中，步骤A21包括步骤A211～A212：
A211、根据基坐标系获取待加工零件上三个不共线的点，并根据所述三个点建立待加工零件坐标系。该步骤的具体操作如下：
操作机器人，在基坐标系下测得待加工零件的不共线三点q1、q2、q3，以q1为原点，以向量
Figure BDA0001624296420000041
的方向作为x轴方向，以向量
Figure BDA0001624296420000042
的方向作为y轴方向，以向量
Figure BDA0001624296420000043
的方向作为z轴方向建立待加工零件坐标系{Q}。其中，q1、q2、q3分别为待加工零件上的三个不共线的点。
A212、根据基坐标系获取待加工零件的几何模型上三个不共线的点，并根据所述三个点建立几何模型坐标系。该步骤的具体操作如下：
在基坐标系下测得几何模型中与待加工零件的三点q1、q2、q3分别对应的三点m1、m2、m3，以m1为原点，以向量
Figure BDA0001624296420000044
的方向作为x轴方向，以向量
Figure BDA0001624296420000045
的方向作为y轴方向，以向量
Figure BDA0001624296420000046
的方向作为z轴方向建立待加工零件的几何模型坐标系{M}。其中m1、m2、m3分别为几何模型上的三个不共线的点。
A22、结合基坐标系、待加工零件坐标系和几何模型坐标系获取路径点的修正矩阵。
其中，步骤A22具体包括步骤A221～A223：
A221、结合基坐标系和待加工零件坐标系获取第一位姿变换矩阵。
A222、结合基坐标系和几何模型坐标系获取第二位姿变换矩阵。
A223、结合第一位姿变换矩阵和第二位姿变换矩阵获取路径点的修正矩阵。
设定基坐标系为{B}，坐标系{M'}为将待加工零件的几何模型坐标系{M}修正到实际位置后的坐标系，由于修正后的坐标系{M'}与坐标系{Q}重合，则BTM'＝BTQ，其中，BTM'为机器人的基坐标系{B}到修正后待加工零件的几何模型坐标系{M'}的位姿变换矩阵，BTQ为机器人的基坐标系{B}到待加工零件坐标系{Q}的位姿变换矩阵。并且，所述第一位姿变换矩阵为BTQ，所述第二位姿变换矩阵为BTM。
设机器人路径中的路径点为P，修正后的机器人路径中的路径点为P'，因为机器人路径修正前后路径点相对于待加工零件的几何模型坐标系的位姿变换关系始终保持不变，故MTP＝M'TP'，其中，MTP为机器人路径修正前路径点P相对于待加工零件的几何模型坐标系{M}的位姿变换矩阵，M'TP'为机器人路径修正后路径点P'相对于待加工零件的几何模型坐标系{M'}的位姿变换矩阵。
因为，BTP'＝BTM'*M'TP'；BTM'＝BTQ；M'TP'＝MTP；MTP＝(BTM)-1*BTP；
所以，BTP'＝BTQ*(BTM)-1*BTP；
其中，BTP'为机器人路径中路径点P修正后的路径点P'相对于机器人的基坐标系{B}的位姿变换矩阵，BTP为待修正的机器人路径中路径点P相对于机器人的基坐标系{B}的位姿变换矩阵，BTM为机器人的基坐标系{B}到待加工零件的几何模型坐标系{M}的位姿变换矩阵；所述第二位姿变换矩阵为BTM。
即BTP'为BTQ*(BTM)-1与BTP的乘积，令S＝BTQ*(BTM)-1，则S即为路径点的修正矩阵。通过路径点的修正矩阵S和待修正的机器人路径中路径点P相对于机器人的基坐标系{B}的位姿变换矩阵BTP即可得到机器人路径中路径点P修正后的路径点P'相对于机器人的基坐标系{B}的位姿变换矩阵。
A23、结合修正矩阵和预存的路径点信息逐一修正该路段中每个路径点。
其中，步骤A23具体包括步骤A231～A233：
A231、结合预存的路径点信息和基坐标系获取第三位姿变换矩阵。
A232、结合修正矩阵和第三位姿变换矩阵获取第四位姿变换矩阵。
A233、根据第四位姿变换矩阵逐一修正每个路径点。
在获取S＝BTQ*(BTM)-1后，可得到推导公式：BTP'＝S*BTP，通过推导公式可修正每个路径点。在本实施例中，将机器人路径分成N段，设第j段的第i个路径点为Pij，其中0<j<＝N，i>0，则BTPij'＝S*BTPij，由此逐步修正第j段的每个路径点；其中，所述j代表N段机器人路径中的一段，i代表一段机器人路径中的一路径点。
其中，Pij'为机器人路径中路径点Pij修正后的路径点，BTPij为待修正的机器人路径中路径点Pij相对于机器人的基坐标系{B}的位姿变换矩阵，BTPij'为机器人路径中路径点Pij修正后的路径点Pij'相对于机器人的基坐标系{B}的位姿变换矩阵。其中，所述预存的路径点信息为待修正的机器人路径中路径点的坐标信息，所述第三位姿变换矩阵为待修正的机器人路径中路径点相对于机器人的基坐标系的位姿变换矩阵BTPij，所述第四位姿变换矩阵为修正后的路径点Pij'相对于机器人的基坐标系的位姿变换矩阵BTPij'。
通过上述方法可有效的提高操作者修正机器人路径的效率，并且避免操作者逐个修改机器人路径中路径点产生的人为误差，满足实际生产中修正机器人路径的需要。
实施例二
一种工业机器人路径自动修正的系统，包括：
存储器，用于存放程序；
处理器，用于执行所述程序以用于执行以下步骤：
S1、将待修正的机器人路径分成预设路段，各所述路段包括多个路径点；
S2、按照预设顺序依次获取路段，并结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点。
进一步作为优选的实施方式，所述S2中所述结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点的步骤，具体包括以下步骤：
S21、根据基坐标系建立待加工零件坐标系和根据基坐标系建立待加工零件的几何模型坐标系；
S22、结合基坐标系、待加工零件坐标系和几何模型坐标系获取路径点的修正矩阵；
S23、结合修正矩阵和预存的路径点信息逐一修正该路段中每个路径点。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤S21，具体包括以下步骤：
根据基坐标系获取待加工零件上三个不共线的点，并根据所述三个点建立待加工零件坐标系；
根据基坐标系获取待加工零件的几何模型上三个不共线的点，并根据所述三个点建立几何模型坐标系。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤S22，具体包括以下步骤：
结合基坐标系和待加工零件坐标系获取第一位姿变换矩阵；
结合基坐标系和几何模型坐标系获取第二位姿变换矩阵；
结合第一位姿变换矩阵和第二位姿变换矩阵获取路径点的修正矩阵。
进一步作为优选的实施方式，所述S23的步骤，具体包括以下步骤：
结合预存的路径点信息和基坐标系获取第三位姿变换矩阵；
结合修正矩阵和第三位姿变换矩阵获取第四位姿变换矩阵；
根据第四位姿变换矩阵逐一修正每个路径点。
通过上述系统可有效的提高操作者修正机器人路径的效率，并且避免操作者逐个修改机器人路径中路径点产生的人为误差，满足实际生产中修正机器人路径的需要。
实施例三
如图3所示，一种工业机器人路径自动修正的系统，包括：
路径分段模块，用于将待修正的机器人路径分成预设路段，各所述路段包括多个路径点；
修正模块，用于按照预设顺序依次获取路段，并结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种工业机器人路径自动修正的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将待修正的机器人路径分成预设路段，各所述路段包括多个路径点；
S2、按照预设顺序依次获取路段，并结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点；
所述S2中所述结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点的步骤，具体包括以下步骤：
S21、根据基坐标系建立待加工零件坐标系和根据基坐标系建立待加工零件的几何模型坐标系；
S22、结合基坐标系、待加工零件坐标系和几何模型坐标系获取路径点的修正矩阵；
S23、结合修正矩阵和预存的路径点信息逐一修正该路段中每个路径点。
2.根据权利要求1所述的一种工业机器人路径自动修正的方法，其特征在于，所述步骤S21，具体包括以下步骤：
根据基坐标系获取待加工零件上三个不共线的点，并根据所述三个点建立待加工零件坐标系；
根据基坐标系获取待加工零件的几何模型上三个不共线的点，并根据所述三个点建立几何模型坐标系。
3.根据权利要求1所述的一种工业机器人路径自动修正的方法，其特征在于，所述步骤S22，具体包括以下步骤：
结合基坐标系和待加工零件坐标系获取第一位姿变换矩阵；
结合基坐标系和几何模型坐标系获取第二位姿变换矩阵；
结合第一位姿变换矩阵和第二位姿变换矩阵获取路径点的修正矩阵。
4.根据权利要求1所述的一种工业机器人路径自动修正的方法，其特征在于，所述S23的步骤，具体包括以下步骤：
结合预存的路径点信息和基坐标系获取第三位姿变换矩阵；
结合修正矩阵和第三位姿变换矩阵获取第四位姿变换矩阵；
根据第四位姿变换矩阵逐一修正每个路径点。
5.一种工业机器人路径自动修正的系统，其特征在于，包括：
存储器，用于存放程序；
处理器，用于执行所述程序以用于执行以下步骤：
S1、将待修正的机器人路径分成预设路段，各所述路段包括多个路径点；
S2、按照预设顺序依次获取路段，并结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点；
所述S2中所述结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点的步骤，具体包括以下步骤：
S21、根据基坐标系建立待加工零件坐标系和根据基坐标系建立待加工零件的几何模型坐标系；
S22、结合基坐标系、待加工零件坐标系和几何模型坐标系获取路径点的修正矩阵；
S23、结合修正矩阵和预存的路径点信息逐一修正该路段中每个路径点。
6.根据权利要求5所述的一种工业机器人路径自动修正的系统，其特征在于，所述步骤S21，具体包括以下步骤：
根据基坐标系获取待加工零件上三个不共线的点，并根据所述三个点建立待加工零件坐标系；
根据基坐标系获取待加工零件的几何模型上三个不共线的点，并根据所述三个点建立几何模型坐标系。
7.根据权利要求5所述的一种工业机器人路径自动修正的系统，其特征在于，所述步骤S22，具体包括以下步骤：
结合基坐标系和待加工零件坐标系获取第一位姿变换矩阵；
结合基坐标系和几何模型坐标系获取第二位姿变换矩阵；
结合第一位姿变换矩阵和第二位姿变换矩阵获取路径点的修正矩阵。
8.一种工业机器人路径自动修正的系统，其特征在于，包括：
路径分段模块，用于将待修正的机器人路径分成预设路段，各所述路段包括多个路径点；
修正模块，用于按照预设顺序依次获取路段，并结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点；
所述结合预设的自动修正步骤和预存的路径点信息修正该路段中的所有路径点的步骤，具体包括以下步骤：
根据基坐标系建立待加工零件坐标系和根据基坐标系建立待加工零件的几何模型坐标系；
结合基坐标系、待加工零件坐标系和几何模型坐标系获取路径点的修正矩阵；
结合修正矩阵和预存的路径点信息逐一修正该路段中每个路径点。
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