CN113635306A - 机器人紧急制动方法、机器人及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人紧急制动方法、机器人及存储介质，所述方法包括：触发紧急制动时，获取机器人各关节轴的运动参数约束值及各关节轴的当前的角度值和运动参数；根据各关节轴的运动参数约束值及当前的运动参数，采用设定的加减速策略规划机器人各个关节轴减速至零的角度增量、时间及角速度曲线；根据规划的各个关节轴的角度增量判断是否存在关节超出限位；若不存在关节超出限位，则保持角度增量不变，将各个关节轴减速至零的时间中的最大值设定为其它各个关节轴减速至零的时间，重新规划其它各个关节轴减速至零的角速度曲线。采用本发明的技术方案，可以保证机器人各关节轴以最快的速度停止。

Description

机器人紧急制动方法、机器人及存储介质

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，尤其涉及一种机器人紧急制动方法、机器人及存储介质。

背景技术

近年来，随着工业的发展，工业机器人的需求逐渐增加，对其安全性的要求也越来越高。当工业机器人正常运行过程中发生危害时，急停装置作为紧急制动的措施，可以通过人为按下急停按钮，使机器人的所有轴立即停止运动，有效终止危害。目前使机器人紧急停止的方式有两种：一是控制器不进行速度规划，伺服驱动器直接受控停止，但此种方式会给机器人带来较大的冲击和振动，缩短机器人寿命；二是通过控制器对机器人TCP（ToolCenter Point，工具中心点）线速度进行降速规划实现机器人停止，例如S型速度曲线，但该方式未考虑关节约束，从而不能充分发挥机器人关节的最佳性能，因此不能达到时间最优，且在机器人高速运动过程中，若速度曲线参数设置不合理，该方式会出现机器人抖动。

在中国专利申请CN112269348A中，提出了一种运动控制急停方法，但是该方法是针对触发急停时的笛卡尔线速度进行重新规划，且在计算过程中急停时间由自己设定，因此不能保证机器人各关节轴以最大的速度和加速度停止。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中机器人紧急制动过程中不能以最快的速度停止的技术问题，提供一种机器人紧急制动方法、机器人及存储介质。

本发明实施例中，提供了一种机器人紧急制动方法，其包括：

触发紧急制动时，获取机器人各关节轴的运动参数约束值及各关节轴的当前的角度值、运动参数；

根据各关节轴的运动参数约束值及当前的运动参数，采用设定的加减速策略规划机器人各个关节轴减速至零的角度增量、时间及角速度曲线；

根据规划的各个关节轴的角度增量判断是否存在关节超出限位；

若不存在关节超出限位，则保持角度增量不变，将各个关节轴减速至零的时间中的最大值设定为其它各个关节轴减速至零的时间，重新规划其它各个关节轴减速至零的角速度曲线。

本发明实施例中，若存在关节超出限位，则采用对机器人的TCP线速度进行规划的方式，来重新规划机器人各关节轴减速至零的角速度曲线。

本发明实施例中，所述各个关节轴的运动参数包括各关节的角速度值、角加速度值及角捷度值。

本发明实施例中，所述的机器人紧急制动方法，还包括：

控制机器人各关节轴按照重新规划的角速度曲线逐步减速到零。

本发明实施例中，根据各个关节轴的角度增量判断是否存在关节超出限位，包括：

计算各个关节轴减速至零时的角度值；

根据各个关节轴减速至零时的角度值来判断各个关节轴是否存在超过关节限位的情况。

本发明实施例中，计算各个关节轴减速至零时的角度值，包括：

根据起始点关节角度值和触发急停瞬时的各关节角度值来确定各个关节轴的方向向量；

采用如下公式计算各关节轴减速至零时的角度值，

，

其中，

为各个关节轴减速至零时的角度值，

为触发急停瞬时的各关节角度值，

为各关节的角度增量，i为关节的编号，若方向向量为正取加号，若方向向量为负取减号。

本发明实施例中，设定的加减速策略为S型加减速策略、T型加减速策略或者sin型加减速策略。

本发明实施例中，重新规划其它各个关节轴减速至零的角速度曲线，包括：

分别计算其它各个关节轴减速至零的时间与各个关节轴减速至零所需要的时间中的最大值的比例系数Ki;

根据所述比例系数Ki对其它各个关节轴减速至零的角速度曲线的时间轴进行缩放，得到重新规划后的各个关节轴减速至零的角速度曲线。

本发明实施例中，还提供了一种机器人，当所述机器人发出紧急制动指令时，控制各个关节轴采用上述的机器人紧急制动方法进行制动。

本发明实施例中，一种存储介质，其存储有计算机程序，当所述计算机程序被运行时，执行上述的机器人紧急制动方法。

与现有技术相比较，在本发明的机器人紧急制动方法中, 急停触发时通过对各个关节轴进行单独规划，不需要以牺牲TCP末端速度的方式来防止机器人报错，能够充分发挥各关节轴性能，达到时间最优；在对关节规划时进行时间对齐，各关节轴的角速度曲线虽然单独规划，但能实现同起同停，保证了停止过程的协调性，在急停过程中不会出现抖动的现象。

附图说明

图1是本发明实施例的机器人紧急制动方法的流程图。

图2是本发明实施例的机器人紧急制动方法的制动参数曲线图。

图3是现有技术的机器人紧急制动方法的制动参数曲线图。

具体实施方式

本发明施例提供了一种机器人紧急制动方法，本发明实施例中，提供了一种机器人紧急制动方法，其包括步骤S1-S6。下面以具有6个关节轴的机器人为例，对上述步骤进行详细说明。

步骤S1：触发紧急制动时，获取各关节轴的运动参数约束值和机器人各关节轴的当前的角度值、运动参数。

本发明实施例中，所述各个关节轴的运动参数包括各关节的角速度值、角加速度值及角捷度值。设定各关节角度值为，各关节当前角速度值为，当前角加速度值为，当前角捷度值为，示例如下表：

各个关节轴的运动参数约束值即为各个运动参数的最大值，具体示例如下：

步骤S2：采用设定的加减速策略规划机器人各个关节轴减速至零的角度增量、时间及速度曲线。

需要说明的是，设定的加减速策略可以为S型加减速策略、T型加减速策略或者sin型加减速策略，不同的加减速策略对应不同的角速度曲线。基于设定的一种加减速策略，根据各关节轴的瞬时角速度值

，瞬时角加速度值

，瞬时角捷度值

和各关节轴的运动参数约束值，即可得出各关节轴减速至零所需要的角度增量

、最短时间

及速度曲线。

步骤S3：根据规划的各个关节轴的角度增量判断是否存在关节超出限位，若不存在关节超出限位，则运行步骤S4，若存在关节超出限位，则运行步骤S5。

需要说明的是，在规划各个关节轴的角速度曲线时，并没有考虑到各个关节轴的角度增量是否超出限位，而每个关节轴存在一个最大的旋转角度，不可超出这个角度。因此，在获得各关节轴的角度增量

后，需要据此来判断是否存在关节超出限位的情况。具体地，根据各个关节轴的角度增量判断是否存在关节超出限位，包括：

根据各个关节轴起始点的角度值和触发急停瞬时的各关节轴的角度值来确定各个关节轴的方向向量，具体地，若触发急停时的关节轴角度值大于关节轴起始点的角度值，则方向向量为正，否则为负；

采用如下公式计算各关节轴减速至零时的角度值

：

，其中，若方向向量为正取加号，若方向向量为负取减号；

根据各个关节轴减速至零时的角度值

来判断各个关节轴是否存在超过关节限位的情况，若

大于该关节轴的最大旋转角度，则超出关节限位，否则，关节不超出限位。

步骤S4：保持规划的角度增量不变，将各个关节轴减速至零的时间中的最大值设定为其它各个关节轴减速至零的时间，重新规划其它各个关节轴减速至零的角速度曲线。

具体地，本步骤中，重新规划其它各个关节轴减速至零的过程中的角速度速度曲线，包括：

分别计算其它各个关节轴减速至零的时间与各个关节轴减速至零所需要的时间中的最大值的比例系数Ki;

根据所述比例系数Ki对其它各个关节轴减速至零的角速度曲线的时间轴进行缩放，得到重新规划后的各个关节轴减速至零的角速度曲线。

在上述过程中，也就是根据比例系数Ki对原先规划的其它各个关节轴的速度曲线进行缩放，使得减速时间同步。时间同步后，机器人各个关节轴的运动参数曲线如图2所示。图3是直接对机器人的TCP线速度进行规划，得到的机器人各关节的运动参数曲线。与图3相比较，可以看出，采用上述的机器人紧急制动方法机器人减速至零所需的时间更短，在充分发挥关节驱动性能的前提下，既保证了高速运行触发紧急停止过程中关节轴角加速度连续无突变，又确保了各关节轴运行时同起同停，实现了运动的协调性。

步骤S5：若存在关节超出限位，则采用对机器人的TCP线速度进行规划的方式来重新规划机器人各个关节的角速度曲线。

需要说明的是，由于在步骤S2规划的角速度曲线中，存在关节超出限位的情况，因此，若上述规划无法实施，只能采取现有技术的方式，对机器人的TCP线速度进行规划，来重新规划机器人各个关节的角速度曲线。

步骤S6：控制机器人各关节轴按照重新规划的角速度曲线逐步减速到零。

本发明实施例中，还提供了一种机器人，当所述机器人发出紧急制动指令时，控制各个关节轴采用上述的机器人紧急制动方法进行制动。

本发明实施例中，一种存储介质，其存储有计算机程序，当所述计算机程序被运行时，执行上述的机器人紧急制动方法。

综上所述，在本发明的机器人紧急制动方法中, 急停触发时通过对各个关节轴进行单独规划，不需要以牺牲TCP末端速度的方式来防止机器人报错，能够充分发挥各关节轴性能，达到时间最优；在对关节规划时进行时间对齐，各关节轴的角速度曲线虽然单独规划，但能实现同起同停，保证了停止过程的协调性，在急停过程中不会出现抖动的现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人紧急制动方法，其特征在于，包括：

触发紧急制动时，获取机器人各关节轴的运动参数约束值及各关节轴的当前的角度值和运动参数；

根据各关节轴的运动参数约束值及当前的运动参数，采用设定的加减速策略规划机器人各个关节轴减速至零的角度增量、时间及角速度曲线；

根据规划的各个关节轴的角度增量判断是否存在关节超出限位；

若不存在关节超出限位，则保持角度增量不变，将各个关节轴减速至零的时间中的最大值设定为其它各个关节轴减速至零的时间，重新规划其它各个关节轴减速至零的角速度曲线。

2.如权利要求1所述的机器人紧急制动方法，其特征在于，若存在关节超出限位，则采用对机器人的TCP线速度进行规划的方式，来重新规划机器人各关节轴减速至零的角速度曲线。

3.如权利要求1或2所述的机器人紧急制动方法，其特征在于，还包括：

控制机器人各关节轴按照重新规划的角速度曲线逐步减速到零。

4.如权利要求1所述的机器人紧急制动方法，其特征在于，所述各个关节轴的运动参数包括各关节的角速度值、角加速度值及角捷度值。

5.如权利要求1所述的机器人紧急制动方法，其特征在于，根据各个关节轴的角度增量判断是否存在关节超出限位，包括：

计算各个关节轴减速至零时的角度值；

根据各个关节轴减速至零时的角度值来判断各个关节轴是否存在超过关节限位的情况。

6.如权利要求5所述的机器人紧急制动方法，其特征在于，计算各个关节轴减速至零时的角度值，包括：

根据起始点关节角度值和触发急停瞬时的各关节角度值来确定各个关节轴的方向向量；

采用如下公式计算各关节轴减速至零时的角度值，

，

其中，

为各个关节轴减速至零时的角度值，

为触发急停瞬时的各关节角度值，

为各关节的角度增量，i为关节的编号，若方向向量为正取加号，若方向向量为负取减号。

7.如权利要求1所述的机器人紧急制动方法，其特征在于，设定的加减速策略为S型加减速策略、T型加减速策略或者sin型加减速策略。

8.如权利要求1所述的机器人紧急制动方法，其特征在于，重新规划其它各个关节轴减速至零的角速度曲线，包括：

分别计算其它各个关节轴减速至零的时间与各个关节轴减速至零所需要的时间中的最大值的比例系数Ki;

根据所述比例系数Ki对其它各个关节轴减速至零的角速度曲线的时间轴进行缩放，得到重新规划后的各个关节轴减速至零的角速度曲线。

9.一种机器人，其特征在于，当所述机器人发出紧急制动指令时，控制各个关节轴采用如权利要求1-8任意一项所述的机器人紧急制动方法进行制动。

10.一种存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，当所述计算机程序被运行时，执行如权利要求1-8任意一项所述的机器人紧急制动方法。

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