CN116160437A - 多轴机械手臂智能避障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多轴机械手臂智能避障方法。方法包含建立数据库、寻找避障姿态、参数设定、寻找最佳避障姿态。本发明通过预先建立的数据库，使机械手臂执行任务时，评估是否会发生碰撞，若评估会发生碰撞，则执行避障动作来闪避障碍物，而通过参数上的设定，可使避障姿态能以最佳的方式进行，提升整体效率。

Description

多轴机械手臂智能避障方法

技术领域

本发明为涉及一种自动化设备技术领域，尤其涉及一种使用多轴机械手臂从多种避障方法中，选择较优化的避障方法。

背景技术

随着自动化技术的发展，各行各业通过机械手臂提高工厂生产效率的比例逐渐提升。但在机械手臂运作过程中，可能因突发状况或其他因素下，使机械手臂的工作范围内有人员或其他障碍物的存在，为了避免碰撞发生导致人员受伤、机械手臂或其他物品因碰撞而损坏，防撞安全技术可分为接触式以及非接触式：

接触式：利用阻力与马达工作电流限制，当机械手臂因遇到阻力而使工作电流超出限制时，将停止机械手臂运作。或在机械手臂上装配压力传感器，当机械手臂碰撞到障碍物时，压力传感器将发出信号，使机械手臂停止运作。

非接触式：如专利案号“110131915”，专利名称“机械手臂避障方法及机械手臂避障系统”，通过预先建立的数据库，当机械手臂执行任务时，评估是否会发生碰撞，若评估会产生碰撞，则执行所述寻找避障姿态步骤来闪避障碍物。

由于接触式必须碰触到障碍物后，才会停止运作，而此时早已发生人员受伤、机械手臂受损或产品遭受损坏。而非接触式在闪避障碍物的过程中，因有许多路线可闪避障碍物，选择的路线可能并非最佳解，导致时间损耗或非理想方式进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动化设备技术领域，特别是指一种使用多轴机械手臂从多种避障方法中，选择较优化的避障方法。

为实现上述目的，本发明公开一种多轴机械手臂智能避障，尤指避障方法，其特征在于：其方法步骤包括：A.建立数据库，所述数据库中包括多轴机械手臂的工作姿态及控制变量等数据；B.寻找避障姿态，依照步骤A的所述数据库以计算出可行的多个避障姿态，此步骤后进行步骤D；C.参数设定，设定各轴控制机械手臂运作的相关参数，此步骤后连同步骤B一同进行步骤D；D.寻找最佳避障姿态，依据步骤B所计算出的多条所述避障路线，并通过所述参数设定中各轴控制机械手臂运作的参数，以计算出所述最佳避障姿态。

作为进一步的改进，将机械手臂在各个工作范围内的不同种的所述工作姿态标记成采样点，而每一采样点皆具有各自的评估坐标，通过多个评估坐标，以建立评估坐标与机械手臂的所述工作姿态的相对关系。

作为进一步的改进，在步骤A中，所述控制变量可从控制器直接设定，或是从已知的所述工作姿态，并依据逆向运动学计算出各轴分别对应的控制变量。

作为进一步的改进，在步骤C参数设定中，包括有机械手臂各轴马达转速、减速机的减速比、速度百分比及加减速的时间等参数设定。

作为进一步的改进，所述最佳避障姿态为运作时间最少的避障姿态。

如上所述，本发明的功效至少有：将机械手臂可能采用的姿态预先储存于数据库，当机械手臂运作时能快速评估在运动过程中是否会产生碰撞，若评估会产生碰撞，将判断各种避障姿态，并通过最佳避障姿态以最理想的方式避开障碍物。

附图说明

图1为本发明多轴机械手臂智能避障的一流程图。

图2为本发明该实施例的八轴机械手臂沿动作路径移动遇到障碍物的示意图。

图3为避障系统计算出八轴机械手臂避开障碍物路线的示意图。

图4为八轴机械手臂选择控制伸缩轴避开障碍物的示意图。

图5为八轴机械手臂选择控制其他旋转轴避开障碍物的示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现的目的和功效，以下结合具体实施例并配合附图予以详细说明。

本发明多轴机械手臂智能避障应用于一种高自由度的多轴机械手臂，及与多轴机械手臂电性连接的主机，在本实施例中，机械手臂固定于一基座上，机械手臂包括多个关节与多个分别连接不同关节的连接臂。主机包括彼此电性连接的数据库(database)、运算控制模块与信号接收模块等等组件，所述运算控制模块包括有处理器(processor)，所述接收模块包括有接收器(receiver)与发射器(emitter)，于实际应用上，主机可以为机械手臂控制器(RobotController)、服务器(sever)、桌面计算机(desk computer)或笔记本电脑(laptop)等。主机与机械手臂的电性连接方式，不限于是通过信号接收模块以无线方式传送信号，也可以是通过有线方式传送信号。

本发明多轴机械手臂智能避障方法至少包含下列步骤S101～步骤S104:

参阅图1、步骤S101、建立数据库:将机械手臂模型以较严苛的条件进行模型化，使机械手臂与障碍物之间有较足够的缓冲空间；机械手臂在各个工作范围内有各种工作姿态，将此标记成采样点，各个采样点有各自的评估坐标，通过多个评估坐标，可建立评估坐标与机械手臂工作姿态的相对关系；取得动作路径上机械手臂工作姿态的控制变量，此控制变量可从控制器直接设定，或是从已知的工作姿态，并依据逆向运动学计算出各轴分别对应的控制变量；判断在机械手臂的工作范围内的空间坐标是否为部分该机械手臂所占据，若判断被占据则表示会碰触到障碍物，反之则不碰触到障碍物；将以上数据预先建立，以供后续避障使用。

参阅图1、步骤S102、寻找避障姿态：根据下列方程序

Min(Xinew-Xi)2 s.t.O(Xinew)≤OT (1)

可以得到避障姿态，其中，Xinew为避障姿态所对应的控制变量，控制变量Xi举例来说可以是各关节受各马达控制的改变量，OT为评估是否会碰触到障碍物的阀值，当OT值越小，则机械手臂与障碍物之间的距离越大，降低机械手臂碰触到障碍物的机率，通过最小控制变量Xi的改变量，以及阀值OT的大小，可推算出机械手臂避障的姿态。

参阅图1、步骤S103、参数设定：将各轴控制机械手臂运作的参数依序进行设定，设定的参数如：各轴马达转速、减速机的减速比、速度百分比、加减速的时间等，通过此参数设定，即可得知各轴运作时花费所需的时间。

参阅图1、步骤S104、最佳避障姿态：依据前述的避障姿态，可得出多条可行的避障路线，通过参数设定可得各轴的运转速度，即可得知每一避障路线运作所需的时间，而花费最少时间的避障路线即为最佳避障姿态。

举例来说，当八轴机械手臂沿特定路径执行任务，如两点夹取放置作业时，在路径途中突然有障碍物a入侵，如图2所示，此时启动避障系统，规划出几条可行的避障路线，如图3所示，而因参数设定可得知伸缩轴在运作时，执行任务花费所需时间较其他轴长，如图4所示，因此选择伸缩轴固定，其他轴变化角度最小的路径，如图5所示，使机械手臂能以最佳避障路径完成避障任务。

本发明通过将机械手臂在执行任务中，不只不会因为碰触到障碍物而发生任务中断，通过参数上的设定，使避障路径及姿态能得到更好的优化，使任务能更快速的达成。

综上所述，本发明多轴机械手臂智能避障，确实能达成本发明的目的。

Claims (5)

1.一种多轴机械手臂智能避障方法，其特征在于：其方法步骤包括：A.建立数据库，所述数据库中包括多轴机械手臂的工作姿态及控制变量等数据；B.寻找避障姿态，依照步骤A的所述数据库以计算出可行的多个避障姿态，此步骤后进行步骤D；C.参数设定，设定各轴控制机械手臂运作的相关参数，此步骤后连同步骤B一同进行步骤D；D.寻找最佳避障姿态，依据步骤B所计算出的多条所述避障路线，并通过所述参数设定中各轴控制机械手臂运作的参数，以计算出所述最佳避障姿态。

2.如权利要求1所述的多轴机械手臂智能避障方法，其特征在于：将机械手臂在各个工作范围内的不同种的所述工作姿态标记成采样点，而每一采样点皆具有各自的评估坐标，通过多个评估坐标，以建立评估坐标与机械手臂的所述工作姿态的相对关系。

3.如权利要求1所述的多轴机械手臂智能避障方法，其特征在于：在步骤A中，所述控制变量可从控制器直接设定，或是从已知的所述工作姿态，并依据逆向运动学计算出各轴分别对应的控制变量。

4.如权利要求1所述的多轴机械手臂智能避障方法，其特征在于：在步骤C参数设定中，包括有机械手臂各轴马达转速、减速机的减速比、速度百分比及加减速的时间等参数设定。

5.如权利要求1所述的多轴机械手臂智能避障方法，其特征在于：所述最佳避障姿态为运作时间最少的避障姿态。

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