CN110193826B - 工业机器人轨迹跟踪及运动规划方法 - Google Patents

工业机器人轨迹跟踪及运动规划方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工业机器人技术领域，且公开了工业机器人轨迹跟踪及运动规划方法，包括以下步骤：S1:预先定义机器人的关节末端运动轨迹用数学形式表示；S2：使用前，设置由多个激光干涉仪组成的零点标定机构，在机器人的关节末端安装外形尺寸标准的标定块；S3：将标定块移动至零点标定机构，记录此时标定块的坐标初始值；S4：使用过程中，设定机器人每隔一定时间后重新安装标定块，并移动到坐标初始值位置，使用零点标定机构进行重新标定，并与步骤S3中的初始值进行比较，得出差值；S5：将步骤S4中得出的差值带入步骤S1的数学形式中。

Description

工业机器人轨迹跟踪及运动规划方法
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，具体为工业机器人轨迹跟踪及运动规划方法。
背景技术
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。工业机器人的运动规划是指机械臂末端行走的曲线轨迹，或是操作臂在运动过程中的位移、速度和加速度的曲线轮廓。
目前工业机器人在提升路径跟踪的精确度和运动规划方面还存在较大问题，这也是制约工业机器人进一步发展的重要因素之一。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了工业机器人轨迹跟踪及运动规划方法，具备可以对机器人的运动规划进行误差补正，从而确保机械臂末端行走轨迹精度的优点，解决了工业机器人在提升路径跟踪的精确度不够的问题。
(二)技术方案
为实现对机器人的运动规划进行误差补正，从而确保机械臂末端行走轨迹精度的目的，本发明提供如下技术方案：工业机器人轨迹跟踪及运动规划方法，包括以下步骤：
S1:预先定义机器人的关节末端运动轨迹用数学形式表示；
S2：在使用前，设置由多个激光干涉仪组成的零点标定机构，在机器人的关节末端安装外形尺寸标准的标定块；
S3：将标定块移动至零点标定机构，记录此时标定块的坐标初始值；
S4：在使用过程中，设定机器人每隔一定时间后重新安装标定块，并移动到坐标初始值位置，使用零点标定机构进行重新标定，并与步骤S3中的初始值进行比较，得出差值；
S5：将步骤S4中得出的差值带入步骤S1的数学形式中，对机器人运动轨迹的误差进行补正。
进一步的，所述关节末端运动轨迹的数学形式为q(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3,其中运动过程中的关节速度为
Figure GDA0002133440960000021
关节加速度为
Figure GDA0002133440960000022
当起始点和终止点的关节速度为0时，其中a0＝q0、a1＝0、
Figure GDA0002133440960000023
当起始点和终止点的关节速度不为0时，其中a0＝q0、
Figure GDA0002133440960000024
进一步的，所述步骤S2中的零点标定机构至少包括三组激光干涉仪，用于测定标定块在直角空间坐标系中至少6个参数，分别是位于XY平面、XZ平面和YZ平面内的坐标，以及XY平面内的倾斜角度、XZ平面内的倾斜角度和YZ平面内的倾斜角度。
进一步的，所述q0中包括标定块的坐标值，即直角空间坐标系中的XY平面、XZ平面和YZ平面内的坐标，以及XY平面内的倾斜角度、XZ平面内的倾斜角度和YZ平面内的倾斜角度。
进一步的，所述关节速度采用关节末端在直角空间坐标系中的瞬时线速度和角速度来确定，即在关节末端运动轨迹的某一点上进行逆雅可比，把该点的直接坐标速度映射为所要求的关节速度。
进一步的，所述标定块为长300mm，直径40mm，真圆度小于0.003mm，底面平面度小于0.002mm的圆棒。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了工业机器人轨迹跟踪及运动规划方法，具备以下有益效果：
1、该工业机器人轨迹跟踪及运动规划方法，通过在工业机器人的周围设置由多个激光干涉仪组成的零点标定机构，并设置与零点标定机构相对应的标定块，对机器人关节末端的初始位置进行标定，在机器人使用一段时间后的，使机器人关节末端回到初始位置，重新标定，将两次标定的差值带入关节末端运动轨迹的数学形式中，进而对机器人关节末端的轨迹进行补正，保证机器人关节末端行走轨迹的精度。
具体实施方式
下面将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做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。
工业机器人轨迹跟踪及运动规划方法，包括以下步骤：
S1:预先定义机器人的关节末端运动轨迹用数学形式表示；
S2：在使用前，设置由多个激光干涉仪组成的零点标定机构，在机器人的关节末端安装外形尺寸标准的标定块；
S3：将标定块移动至零点标定机构，记录此时标定块的坐标初始值；
S4：在使用过程中，设定机器人每隔一定时间后重新安装标定块，并移动到坐标初始值位置，使用零点标定机构进行重新标定，并与步骤S3中的初始值进行比较，得出差值；
S5：将步骤S4中得出的差值带入步骤S1的数学形式中，对机器人运动轨迹的误差进行补正。
关节末端运动轨迹的数学形式为q(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3,其中运动过程中的关节速度为
Figure GDA0002133440960000041
关节加速度为
Figure GDA0002133440960000042
当起始点和终止点的关节速度为0时，其中a0＝q0、
Figure GDA0002133440960000043
当起始点和终止点的关节速度不为0时，其中a0＝q0、
Figure GDA0002133440960000044
Figure GDA0002133440960000045
步骤S2中的零点标定机构至少包括三组激光干涉仪，用于测定标定块在直角空间坐标系中至少6个参数，分别是位于XY平面、XZ平面和YZ平面内的坐标，以及XY平面内的倾斜角度、XZ平面内的倾斜角度和YZ平面内的倾斜角度。
q0中包括标定块的坐标值，即直角空间坐标系中的XY平面、XZ平面和YZ平面内的坐标，以及XY平面内的倾斜角度、XZ平面内的倾斜角度和YZ平面内的倾斜角度。
关节速度采用关节末端在直角空间坐标系中的瞬时线速度和角速度来确定，即在关节末端运动轨迹的某一点上进行逆雅可比，把该点的直接坐标速度映射为所要求的关节速度。
标定块为长300mm，直径40mm，真圆度小于0.003mm，底面平面度小于0.002mm的圆棒。
综上所述，通过在工业机器人的周围设置由多个激光干涉仪组成的零点标定机构，并设置与零点标定机构相对应的标定块，对机器人关节末端的初始位置进行标定，在机器人使用一段时间后的，使机器人关节末端回到初始位置，重新标定，将两次标定的差值带入关节末端运动轨迹的数学形式中，进而对机器人关节末端的轨迹进行补正，保证机器人关节末端行走轨迹的精度。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.工业机器人轨迹跟踪及运动规划方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1:预先定义机器人的关节末端运动轨迹用数学形式表示；
S2：在使用前，设置由多个激光干涉仪组成的零点标定机构，在机器人的关节末端安装外形尺寸标准的标定块；
S3：将标定块移动至零点标定机构，记录此时标定块的坐标初始值；
S4：在使用过程中，设定机器人每隔一定时间后重新安装标定块，并移动到坐标初始值位置，使用零点标定机构进行重新标定，并与步骤S3中的初始值进行比较，得出差值；
S5：将步骤S4中得出的差值带入步骤S1的数学形式中，对机器人运动轨迹的误差进行补正；
所述关节末端运动轨迹的数学形式为q(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3,其中运动过程中的关节速度为
Figure FDA0002772972810000011
关节加速度为
Figure FDA0002772972810000012
当起始点和终止点的关节速度为0时，其中a0＝q0、a1＝0、
Figure FDA0002772972810000013
Figure FDA0002772972810000014
当起始点和终止点的关节速度不为0时，其中a0＝q0、
Figure FDA0002772972810000015
Figure FDA0002772972810000016
所述步骤S2中的零点标定机构至少包括三组激光干涉仪，用于测定标定块在直角空间坐标系中至少6个参数，分别是位于XY平面、XZ平面和YZ平面内的坐标，以及XY平面内的倾斜角度、XZ平面内的倾斜角度和YZ平面内的倾斜角度；
所述q0中包括标定块的坐标值，即直角空间坐标系中的XY平面、XZ平面和YZ平面内的坐标，以及XY平面内的倾斜角度、XZ平面内的倾斜角度和YZ平面内的倾斜角度，所述关节速度采用关节末端在直角空间坐标系中的瞬时线速度和角速度来确定，即在关节末端运动轨迹的某一点上进行逆雅可比，把该点的直接坐标速度映射为所要求的关节速度，所述标定块为长300mm，直径40mm，真圆度小于0.003mm，底面平面度小于0.002mm的圆棒。
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