CN112828881B - 一种三流融合的工业机器人控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三流融合的工业机器人控制方法，用户预设速度和工艺参数的示教程序路径，标定后的外部在线检测信息和延迟信息；在线检测信息和延迟信息补偿到示教路径后做轨迹规划；本方法提供的操作是在线检测信息补偿到运动控制规划、工艺参数自适应运动控制参数的变化。外部装置在线检测的信息经过延迟信息补偿到运动控制装置的轨迹规划模块，同时查询预先建立的运动控制参数与工艺信息参数线性映射表格得到同一插补周期的工艺参数，和延迟信息一并存储在同一队列，并周期性发给执行器。

Description

一种三流融合的工业机器人控制方法
技术领域
本发明涉及机器人控制领域，尤其涉及一种三流融合的工业机器人控制方法。
背景技术
随着21世纪工业自动化的不断发展，工业生产领域的很多人工作业都被工业机器人所取代，工业机器人凭借其精准性、灵活性和高效率，极大地提高了劳动生产率，减轻了工人负担，甚至可以执行很多人力无法执行的复杂工作。轨迹规划(trajectory planning)是机器人运动控制系统中的基础功能，一般表达为位姿等运动量关于时间的函数，该函数提供了机器人每时每刻的确切位置和姿态信息，从时间看，轨迹规划信息是运动控制流。而轨迹规划和信号交互功能融合应用在如焊接、喷涂、切割等连续应用中，机器人末端执行器按照一定的速度要求运动，配合以数字量或模拟量信号输入输出的工艺参数完成工艺加工。从时间看，工艺参数可看作是包含时间信息的工艺信息流。连续工艺应用可以看作是连续的运动控制流和连续的工艺信息流的融合。连续工艺应用对运动控制流和工艺信息流的变化特别敏感，只有两者相匹配时才能完成高质量的工艺加工。对于批量加工的工件，工件因工装夹具拆卸安装带来的定位偏差和工件本身的尺寸偏差，亦会对加工质量影响很大。
现有的工业机器人运动控制装置一般只能将速度和工艺参数开放给用户配置，而不具备运动控制流和工艺信息流的参数自适应功能，当运动控制流和工艺信息流不匹配时，不能有效保证加工工艺质量。且对于批量加工的工件，工件偏差(包括因工装夹具拆卸安装带来的定位偏差和工件本身的尺寸偏差)，如果执行同一机器人加工程序而不做在线检测补偿加工轨迹，不能有效保证加工质量。
发明内容
根据以上技术问题，本发明涉及一种三流融合的工业机器人控制方法
(1)用户预设速度和工艺参数的示教程序路径，标定后的外部在线检测信息和延迟信息；
(2)在线检测信息和延迟信息补偿到示教路径后做轨迹规划；
(3)根据工业机器人DH模型和轨迹规划得到的各轴关节角计算末端执行器运动控制信息；
(4)用户离线设定运动控制参数与工艺参数数据，比如速度和电流、电压、功率、气压的匹配数据；
(5)运动控制装置根据用户设定的数据建立运动控制信息与工艺信息的线性映射表格；
(6)运动控制装置接收经过标定后的外部在线检测信息和延迟信息一起储存在一个线检测信息缓存区；
(7)根据工业机器人DH模型和轨迹规划得到的各轴关节角计算末端执行器运动控制信息，如末端执行器线性速度信息；
(8)根据运动控制信息查询步骤2建立的表格得到匹配的工艺信息；
(9)将轨迹规划得到的运动控制信息、查询得到的工艺信息和固定的延迟信息存储在同一队列；
(10)将运动控制信息通过总线发给机器人执行器，将工艺信息经过延迟后发给工艺执行器。
所述建立运动控制信息与工艺信息的线性映射表格具体方法为：
机器人示教器界面上定义一个运动控制参数与工艺信息参数匹配的线性映射表格，表格可以是1×1的映射表格，也可以是m×n的映射表格，但表格维数不能超过连续应用指令中允许用户设置的参数维数。用户根据不同的连续应用设定表格数据，工业机器人厂家也可预设几种常见连续应用的表格模板，用户可以在预设模板基础上修改或增加表格数据；机器人系统根据用户设定的参数建立运动控制信息与工艺信息的线性映射表格，以备规划时查询。
所述运动控制信息计算方法为：工业机器人控制装置根据用户预设速度参数和工艺参数的示教程序执行轨迹规划得到各轴关于时间信息的关节角，然后根据DH模型计算末端执行器运动控制信息，如末端执行器线性速度信息。
所述工艺信息跟随运动控制信息自适应调整，根据计算得到的末端执行器运动控制信息查询运动控制信息与工艺信息的线性映射表格，得到匹配的工艺信息，再将轨迹规划得到的运动控制信息和查询得到的工艺信息以及固定的延迟信息存储在同一队列，以便后续通过总线周期性发送给执行器。
本发明的有益效果为：本发明定义一种在线检测信息流补偿运动控制流、工艺信息流自适应变化的运动控制流的机器人控制方法。本发明针对在线检测信息流补偿运动控制流机制，在工业机器人建立一个在线检测信息缓存区，该缓存区储存来自和工业机器人坐标系标定过的外部装置检测的相对位置数据，典型形式如根据焊机的电压电流反馈转换输出的位置信息、力传感器反馈的末端力(力矩)转换输出的位置信息和视觉传感器反馈的位置信息。工业机器人控制系统做轨迹规划时先从用户示教路径存储区取出轨迹信息，再取出在线检测信息缓存区位置数据，两者根据延迟信息叠加后做运动轨迹规划；针对工艺信息流自适应变化的运动控制流，建立一个运动控制流和工艺信息流的参数匹配映射表格，典型形式是工业机器人末端执行器线性速度与工艺参数之间的线性映射表格，机器人在轨迹规划时根据速度信息查询工艺参数，并和延迟信息一起储存在同一个队列中，在执行时工艺信息流即可适应运动控制流的变化。
本方法提供的操作是在线检测信息补偿到运动控制规划、工艺参数自适应运动控制参数的变化。外部装置在线检测的信息经过延迟信息补偿到运动控制装置的轨迹规划模块，同时查询预先建立的运动控制参数与工艺信息参数线性映射表格得到同一插补周期的工艺参数，和延迟信息一并存储在同一队列，并周期性发给执行器。
附图说明
图1为本发明流程图。
图2为本发明原理图。
具体实施方式
根据附图所述，对本发明进行进一步说明：
实施例1
一种三流融合的工业机器人控制方法
(1)用户预设速度和工艺参数的示教程序路径，标定后的外部在线检测信息和延迟信息；
(2)在线检测信息和延迟信息补偿到示教路径后做轨迹规划；
(3)根据工业机器人DH模型和轨迹规划得到的各轴关节角计算末端执行器运动控制信息；
(4)用户离线设定运动控制参数与工艺参数数据，比如速度和电流、电压、功率、气压的匹配数据；
(5)运动控制装置根据用户设定的数据建立运动控制信息与工艺信息的线性映射表格；
(6)运动控制装置接收经过标定后的外部在线检测信息和延迟信息一起储存在一个缓存区；
(7)根据工业机器人DH模型和轨迹规划得到的各轴关节角计算末端执行器运动控制信息，如末端执行器线性速度信息；
(8)根据运动控制信息查询步骤2建立的表格得到匹配的工艺信息；
(9)将轨迹规划得到的运动控制信息、查询得到的工艺信息和固定的延迟信息存储在同一队列；
(10)将运动控制信息通过总线发给机器人执行器，将工艺信息经过延迟后发给工艺执行器。
实施例2
本发明的使用原理为：
定义一个运动控制参数与工艺信息参数匹配的线性映射表格，表格可以是1 ×1的映射表格，也可以是m×n的映射表格，但表格维数不能超过连续应用指令中允许用户设置的参数维数；
上述表格的数据需要用户根据不同的连续应用设定，工业机器人厂家也可预设几种常见连续应用的表格模板，用户可以在预设模板基础上修改或增加表格数据；
定义一个在线检测信息缓存区，将标定后的外部装置检测位置信息和延迟信息存储在缓存区，不同的应用，延迟信息可能不一致；
工业机器人运动控制装置做轨迹规划时，获取用户示教程序数据(位置数据、速度数据、负载数据等)和在线检测信息缓存区位置，根据延迟信息叠加位置数据后进行轨迹规划；
轨迹规划时根据运动控制参数查询步骤2建立的表格得到工艺信息参数，和延迟信息一起储存在同一个队列中；
同时将储存在同一个队列中的运动信息和工艺信息发给执行器执行。

Claims (6)

1.一种三流融合的工业机器人控制方法，其具体方法为:
(1)用户预设速度和工艺参数的示教程序路径，标定后的外部在线检测信息和延迟信息；
(2)在线检测信息和延迟信息补偿到示教程序路径后做轨迹规划；
(3)根据工业机器人DH模型和轨迹规划得到的各轴关节角计算末端执行器运动控制信息；
(4)用户离线设定运动控制参数与工艺参数数据，运动控制参数与工艺参数数据包括速度和电流、电压、功率、气压的匹配数据；
(5)运动控制装置根据用户设定的数据建立运动控制信息与工艺信息的线性映射表格；
(6)在工业机器人建立一个在线检测信息缓存区，所述在线检测信息缓存区储存来自和工业机器人坐标系标定过的外部装置检测的相对位置数据；所述相对位置数据包括电压电流反馈转换输出的位置信息、力传感器反馈的末端力转换输出的位置信息和视觉传感器反馈的位置信息；运动控制装置接收经过标定后的外部在线检测信息和延迟信息一起储存在一个在线检测信息缓存区；
(7)根据工业机器人DH模型和轨迹规划得到的各轴关节角计算末端执行器运动控制信息，所述末端执行器运动控制信息包括末端执行器线性速度信息；
(8)根据运动控制信息查询步骤（5）建立的表格得到匹配的工艺信息；
(9)将轨迹规划得到的运动控制信息、查询得到的工艺信息和固定的延迟信息存储在同一队列；
(10)将运动控制信息通过总线发给机器人执行器，将工艺信息经过延迟后发给工艺执行器；
工业机器人控制系统做轨迹规划时先从用户示教程序路径存储区取出轨迹信息，再取出在线检测信息缓存区位置数据，两者根据延迟信息叠加后做运动轨迹规划；
所述工艺信息跟随运动控制信息自适应调整，根据计算得到的末端执行器运动控制信息查询运动控制信息与工艺信息的线性映射表格，得到匹配的工艺信息，再将轨迹规划得到的运动控制信息和查询得到的工艺信息以及固定的延迟信息存储在同一队列，以便后续通过总线周期性发送给执行器。
2.按照权利要求1所述的一种三流融合的工业机器人控制方法，其特征在于，所述建立运动控制信息与工艺信息的线性映射表格具体方法为：
机器人示教器界面上定义一个运动控制参数与工艺信息参数匹配的线性映射表格，表格为1×1的映射表格。
3.按照权利要求1所述的一种三流融合的工业机器人控制方法，其特征在于，所述运动控制信息计算方法为：工业机器人控制装置根据用户预设速度参数和工艺参数的示教程序执行轨迹规划得到各轴关于时间信息的关节角，然后根据DH模型计算末端执行器运动控制信息，末端执行器运动控制信息包括末端执行器线性速度信息。
4.按照权利要求1所述的一种三流融合的工业机器人控制方法，其特征在于，所述线性映射表格为m×n的映射表格，表格维数不超过连续应用指令中允许用户设置的参数维数；用户根据不同的连续应用设定表格数据，工业机器人厂家预设几种常见连续应用的表格模板，用户在预设模板基础上修改或增加表格数据；机器人系统根据用户设定的参数建立运动控制信息与工艺信息的线性映射表格，以备规划时查询。
5.按照权利要求1所述的一种三流融合的工业机器人控制方法，其特征在于，工业机器人运动控制装置做轨迹规划时，获取用户示教程序数据和在线检测信息缓存区位置，根据延迟信息叠加位置数据后进行轨迹规划；所述用户示教程序数据包括：位置数据、速度数据、负载数据。
6.按照权利要求1所述的一种三流融合的工业机器人控制方法，其特征在于，步骤（5）中的线性映射表格为：工业机器人末端执行器线性速度与工艺参数之间的线性映射表格；机器人在轨迹规划时根据速度信息查询工艺参数，并和延迟信息一起储存在同一个队列中，在执行时工艺信息流适应运动控制流的变化。
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