CN109773778B - 一种工业机器人关节空间同步运动的规划方法 - Google Patents

一种工业机器人关节空间同步运动的规划方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109773778B
CN109773778B CN201811499743.2A CN201811499743A CN109773778B CN 109773778 B CN109773778 B CN 109773778B CN 201811499743 A CN201811499743 A CN 201811499743A CN 109773778 B CN109773778 B CN 109773778B
Authority
CN
China
Prior art keywords
joint
calculating
planning
maxt
motion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811499743.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109773778A (zh
Inventor
冯艳丽
黎原
兰玉乾
张颖
马少阳
田子阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Aerospace Precision Electromechanical Institute
Original Assignee
Xian Aerospace Precision Electromechanical Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Aerospace Precision Electromechanical Institute filed Critical Xian Aerospace Precision Electromechanical Institute
Priority to CN201811499743.2A priority Critical patent/CN109773778B/zh
Publication of CN109773778A publication Critical patent/CN109773778A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109773778B publication Critical patent/CN109773778B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Numerical Control (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明涉及一种工业机器人关节空间同步运动的规划方法。该方法不仅关节姿态是平滑过渡的，其速度、加速度也是平滑过渡的，没有阶跃和突变，抗抖动性能好。实现该方法包括以下步骤：【1】启动运动控制器；【2】获取期望的机器人运动的起始点和末端点；【3】计算规划所需的最大时长MaxT；【4】计算各关节运动规划所需的5个系数；【5】判断运行模式，若为正常模式，则执行步骤【6】，若为减速停止模式，则执行步骤【7】；【6】正常运行模式下的规划；【7】减速停止模式下的规划；【8】结束。

Description

一种工业机器人关节空间同步运动的规划方法
技术领域
本发明涉及一种工业机器人关节空间同步运动的规划方法。
背景技术
工业机器人的构型是多关节耦合的，如何实现多关节在空间中的同步运动，是工业机器人控制的关键问题之一。当前公开的文献资料的技术多采用T型或三次多项式加减速的方法进行关节轨迹规划，这种方法规划出的运动过程各关节的运动速度和加速度不是平滑过渡的，其抗抖动性能差。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提出了一种工业机器人关节空间同步运动的规划方法。采用该方法不仅关节姿态是平滑过渡的，其速度、加速度也是平滑过渡的，没有阶跃和突变，抗抖动性能更好。
为了实现发明目的，本发明采用的具体技术方案是：
一种工业机器人关节空间同步运动的规划方法，主要包括以下步骤：
【1】启动运动控制器；
【2】获取期望的机器人运动的起始点和末端点；
【3】计算规划所需的最大时长MaxT；
【4】计算机器人各关节运动规划所需的5个系数；
【5】判断运行模式，若为正常模式，则执行步骤【6】，若为减速停止模式，则执行步骤【7】；
【6】正常运行模式下的规划；
【7】减速停止模式下的规划；
【8】结束。
进一步地，所述步骤【3】的具体计算过程是：
【3.1】根据已知的起始点和末端点，计算每个运动关节需转动的角度θi，具体公式为：
θi＝sEndP.Ai-sStaP.Ai
其中，sEndP.Ai为第i关节运动的末端点，sStaP.Ai为第i关节运动的起始点；
【3.2】计算每个运动关节达到期望的关节运动特性需要的加速时间TaAcci和减速时间TaDeci，具体公式为：
Figure BDA0001897898170000021
Figure BDA0001897898170000022
其中，lrAcc[i]为期望的第i关节的加速度，lrVel[i]为期望的第i关节的速度，lrDec[i]为期望的第i关节的减速度；
【3.3】计算每个运动关节按照期望的关节运动特性需要的加速和减速时转动的角度，具体公式为：
Figure BDA0001897898170000023
Figure BDA0001897898170000031
θaAcci为第i关节加速时转动的角度，θaDeci为第i关节减速时转动的角度；
【3.4】计算每个运动关节总的运动时长，具体公式为：
Figure BDA0001897898170000032
其中，MaxVi代表第i关节实际所能到达的最大速度；
【3.5】在Ti中找出最大的一个值，即就是最大时长MaxT。
进一步地，所述步骤【4】的具体计算公式为：
Figure BDA0001897898170000033
其中，a0i、a1i、a2i、a3i、a4i代表第i关节运动规划所需的5个系数。
进一步地，所述步骤【6】中正常模式下的规划具体为：
计算正常模式下各个运动关节第j个插值点的角度MidAngles.Ai；
Figure BDA0001897898170000034
其中j＝1,2,…是插值点的序列数，计算过程中
lrCycleTime×j≤MaxT，
若，lrCycleTime×j＞MaxT，则规划完成。
进一步地，所述步骤【7】中减速停止模式下的规划流程如下：
【7.1】计算当前各个运动关节的转动速度υi，具体公式为：
Figure BDA0001897898170000041
【7.2】计算各个运动关节从当前速度减速到停止需要的时间，具体公式为：
Figure BDA0001897898170000042
【7.3】在Tstopi中获取最大停止时间MaxTstop；
【7.4】计算各个运动关节的角度，具体公式为：
A、当在MaxTstop＞lrCycleTime的情况下，
Figure BDA0001897898170000043
其中θci是当前的各关节的角度；j＝1,2,…是插值点的序列数；计算过程中需满足lrCycleTime×j≤MaxTstop，若lrCycleTime×j＞MaxTstop时，规划结束；
B、当在MaxTstop≤lrCycleTime情况下，规划结束。
本发明的有益效果是：
本发明实现了正常运行和减速停两种模式下的关节空间同步运动的轨迹规划，该方法不仅关节姿态是平滑过渡的，其速度、加速度也是平滑过渡的，没有阶跃和突变，抗抖动性能更好，该方法简单，步骤清晰，容易实现。
附图说明
图1为本发明方法的流程框图；
图2为计算最大时长MaxT的流程框图；
图3为减速停止模式的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的方法做进一步的详述：
在机器人运动控制器中运行该方法是已知用户期望的机器人各关节运动的起始点和末端点，规划出这两点之间每一个时刻机器人各关节的运动状态，保证机器人各关节同步运动，并且其速度、加速度平滑过渡。
如图1所示，该方法的是在运动控制器内运行的程序指令，其运行的流程是：
步骤【1】启动运动控制器；
步骤【2】获取期望的机器人各关节运动的末端点sEndP.Ai和起始点sStaP.Ai；
步骤【3】根据已知的起始点和末端点，计算规划所需的最大时长MaxT；具体步骤是：
步骤【3.1】计算每个运动关节需转动的角度θi，具体公式为：
θi＝sEndP.Ai-sStaP.Ai
其中，sEndP.Ai为第i关节运动的末端点，sStaP.Ai为第i关节运动的起始点；
步骤【3.2】计算每个运动关节达到期望的关节运动特性需要的加速时间TaAcci和减速时间TaDeci，具体公式为：
Figure BDA0001897898170000061
Figure BDA0001897898170000062
其中，lrAcc[i]为期望的第i关节的加速度，lrVel[i]为期望的第i关节的速度，lrDec[i]为期望的第i关节的减速度；
步骤【3.3】计算每个运动关节按照期望的关节运动特性需要的加速和减速时转动的角度，具体公式为：
Figure BDA0001897898170000063
Figure BDA0001897898170000064
θaAcci为第i关节加速时转动的角度，θaDeci为第i关节减速时转动的角度；
步骤【3.4】计算每个运动关节总的运动时长，具体公式为：
Figure BDA0001897898170000065
其中，MaxVi代表第i关节实际所能到达的最大速度；
步骤【3.5】在Ti中找出最大的一个值，就是最大时长MaxT。
步骤【4】计算机器人各关节运动规划所需的5个系数；
Figure BDA0001897898170000071
其中，a0i、a1i、a2i、a3i、a4i代表第i关节运动规划所需的5个系数；
步骤【5】判断运行模式，若为正常模式，则执行步骤【6】，若为减速停止模式，则执行步骤【7】；需要说明的是：会出现减速停止模式的情况一般是需要机器人突然停止下来所需的特殊处理形式，一般情况下机器人均是按照正常模式下的规划进行；
步骤【6】正常模式下的规划；
计算正常模式下各个运动关节第j个插值点的角度MidAngles.Ai；
MidAngles.Ai＝a0i+a1i(lrCycleTime×j)4+a2i(lrCycleTime×j)5
+a3i(lrCycleTime×j)6+a4i(lrCycleTime×j)7
其中j＝1,2,…是插值点的序列数，计算过程中
lrCycleTime×j≤MaxT，
若，lrCycleTime×j＞MaxT，则规划完成，跳转至步骤【8】。
步骤【7】减速停止模式下的规划；
其具体流程是：
步骤【7.1】计算当前各个运动关节的转动速度υi，具体公式为：
Figure BDA0001897898170000081
步骤【7.2】计算各个运动关节从当前速度减速到停止需要的时间，具体公式为：
Figure BDA0001897898170000082
步骤【7.3】在Tstopi中获取最大停止时间MaxTstop；
步骤【7.4】计算各个运动关节的角度，具体公式为：
A、当在MaxTstop＞lrCycleTime的情况下，
Figure BDA0001897898170000083
其中θci是当前的各关节的角度；j＝1,2,…是插值点的序列数；计算过程中需满足lrCycleTime×j≤MaxTstop，若lrCycleTime×j＞MaxTstop时，规划结束；
B、当在MaxTstop≤lrCycleTime情况下，规划结束。
步骤【8】结束。

Claims (1)

1.一种工业机器人关节空间同步运动的规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
【1】启动运动控制器；
【2】获取期望的机器人运动的起始点和末端点；
【3】计算规划所需的最大时长MaxT；
【3.1】根据已知的机器人各关节运动的起始点和末端点，计算每个运动关节需转动的角度θi，具体公式为：
θi＝sEndP.Ai-sStaP.Ai
其中，sEndP.Ai为第i关节运动的末端点，sStaP.Ai为第i关节运动的起始点；
【3.2】计算每个运动关节要达到期望的关节运动特性所需的加速时间TaAcci和从期望的关节速度减速到零的减速时间TaDeci，具体公式为：
Figure FDA0002562399690000011
Figure FDA0002562399690000012
其中，lrAcc[i]为期望的第i关节的加速度，lrVel[i]为期望的第i关节的速度，lrDec[i]为期望的第i关节的减速度；
【3.3】计算每个运动关节按照期望的关节运动特性需要的加速和减速时转动的角度，具体公式为：
Figure FDA0002562399690000013
Figure FDA0002562399690000021
θaAcci为第i关节加速时转动的角度，θaDeci为第i关节减速时转动的角度；
【3.4】计算每个运动关节总的运动时长，具体公式为：
Figure FDA0002562399690000022
其中，MaxVi代表第i关节实际所能到达的最大速度；
【3.5】在Ti中找出最大的一个值，即就是最大时长MaxT；
【4】计算各关节运动规划所需的5个系数；
Figure FDA0002562399690000023
其中，a0i、a1i、a2i、a3i、a4i代表第i关节运动规划所需的5个系数；
【5】判断运行模式，若为正常模式，则执行步骤【6】，若为减速停止模式，则执行步骤【7】；
【6】正常运行模式下的规划；
计算正常模式下各个运动关节第j个插值点的角度MidAngles.Ai；
Figure FDA0002562399690000031
其中，lrCycleTime为插值的间隔时间，j＝1,2,…为插值点的序列数；计算过程中lrCycleTime×j≤MaxT，若，lrCycleTime×j＞MaxT，则规划完成；
【7】减速停止模式下的规划；
【7.1】计算当前各个运动关节的转动速度υi，具体公式为：
Figure FDA0002562399690000032
【7.2】计算各个运动关节从当前速度减速到停止需要的时间，具体公式为：
Figure FDA0002562399690000033
【7.3】在Tstopi中获取最大停止时间MaxTstop；
【7.4】计算各个运动关节的角度，具体公式为：
A、当在MaxTstop＞lrCycleTime的情况下，
Figure FDA0002562399690000034
其中θci是当前的各关节的角度；j＝1,2,…是插值点的序列数；计算过程中需满足lrCycleTime×j≤MaxTstop，若lrCycleTime×j＞MaxTstop时，规划结束；
B、当在MaxTstop≤lrCycleTime情况下，规划结束；
【8】结束。
CN201811499743.2A 2018-12-09 2018-12-09 一种工业机器人关节空间同步运动的规划方法 Active CN109773778B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811499743.2A CN109773778B (zh) 2018-12-09 2018-12-09 一种工业机器人关节空间同步运动的规划方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811499743.2A CN109773778B (zh) 2018-12-09 2018-12-09 一种工业机器人关节空间同步运动的规划方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109773778A CN109773778A (zh) 2019-05-21
CN109773778B true CN109773778B (zh) 2020-09-22

Family

ID=66496102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811499743.2A Active CN109773778B (zh) 2018-12-09 2018-12-09 一种工业机器人关节空间同步运动的规划方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109773778B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114905499A (zh) * 2021-02-08 2022-08-16 广东博智林机器人有限公司 升举方法、装置及管道安装机器人
CN113635306B (zh) * 2021-08-20 2022-11-11 珠海格力电器股份有限公司 机器人紧急制动方法、机器人及存储介质

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10133703A (ja) * 1996-10-31 1998-05-22 Fujitsu Ltd 適応的ロバスト制御装置
US7979158B2 (en) * 2007-07-31 2011-07-12 Rockwell Automation Technologies, Inc. Blending algorithm for trajectory planning
CN103853043B (zh) * 2012-11-30 2017-02-22 北京配天技术有限公司 机器人中实现同步ptp运动的方法及装置
CN103970019B (zh) * 2014-05-20 2016-08-31 哈尔滨工业大学 一种基于加速度动态配置的空间机器人抖动抑制轨迹规划方法
CN107263484B (zh) * 2017-08-10 2020-04-14 南京埃斯顿机器人工程有限公司 机器人关节空间点到点运动的轨迹规划方法
CN107367938A (zh) * 2017-08-10 2017-11-21 上海理工大学 一种用于机械臂时间最优轨迹规划方法
CN107450376B (zh) * 2017-09-09 2019-06-21 北京工业大学 一种基于智能移动平台的服务机械臂抓取姿态角计算方法
CN108890644B (zh) * 2018-06-27 2020-06-30 清华大学 一种多轴同步轨迹规划方法、系统及计算机可读存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN109773778A (zh) 2019-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3566822B1 (en) Robot joint space point-to-point movement trajectory planning method
CN107891424B (zh) 求解冗余机械臂逆运动学的有限时间神经网络优化方法
CN107972031B (zh) 一种冗余机械臂可重复运动的初始位置定位方法
CN109605369B (zh) 机械臂奇异点控制方法及系统
CN109773778B (zh) 一种工业机器人关节空间同步运动的规划方法
JP4736607B2 (ja) ロボット制御装置
CN113601512B (zh) 一种机械臂奇异点的通用规避方法与系统
CN107972030B (zh) 一种冗余机械臂重复运动中的初始位置修正方法
CN110977990A (zh) 一种基于末端六维力传感器的机械臂拖动示教方法
CN109940615B (zh) 一种面向双臂机械手同步重复运动规划的终态网络优化方法
JP5454499B2 (ja) ロボットシステム
CN108098777B (zh) 一种冗余度机械臂力矩层重复运动控制方法
CN110687917A (zh) 多无人艇分布式队形重构编队控制方法
CN109822550B (zh) 一种复杂曲面机器人高效高精度示教方法
WO2015098085A1 (ja) 動作プログラム作成方法およびロボットの制御方法
JPWO2002066210A1 (ja) ロボット制御装置
CN110695994B (zh) 一种面向双臂机械手协同重复运动的有限时间规划方法
CN109311155B (zh) 一种工业机器人的工具坐标系原点的标定方法及装置
CN107717985A (zh) 一种应用于六轴机械手臂的空间多直线平滑运动控制方法
CN108563122B (zh) 一种移动机器人速度平滑插值方法
CN111515954B (zh) 一种机械臂高质量运动路径生成方法
CN111670093B (zh) 机器人的运动控制方法、控制系统和存储装置
CN110026986B (zh) 多臂协同作业柔顺控制方法
CN111906789A (zh) 一种机器人关节空间轨迹规划方法
JPH0916241A (ja) ロボットの加減速動作の設定方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant