WO2017206504A1 - 机械臂运动路径的设置方法和系统 - Google Patents

机械臂运动路径的设置方法和系统 Download PDF

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广州视源电子科技股份有限公司
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    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40501—Using sub goal method of options for semi optimal path planning

Definitions

  • the present invention relates to the field of intelligent equipment technology, and in particular, to a method and system for setting a motion path of a robot arm.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the motion space of a four-axis robot arm; as shown in the figure, there are obstacles such as J, K, L, M, N and the arm of the robot arm in the motion space of the arm.
  • obstacles such as J, K, L, M, N and the arm of the robot arm in the motion space of the arm.
  • it is necessary to first set the motion path, and then bypass the obstacle to reach the destination position in the arm movement space according to the path. For example, if the robot arm needs point A to move to point B, then It is necessary to plan to move from point A to point B without colliding with the obstacle on the way.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of setting the moving path of the mechanical arm by the drawing method, that is, setting C, D, and E as the mechanical arms respectively in the moving track of the mechanical arm.
  • the transition point of the operation, the path is A, C, D, E, B.
  • the mechanical arm movement path set in this way mainly has the following defects:
  • a method for setting a path of a robot arm includes:
  • the inner ring radius of the circular safety area is Rmin
  • the outer ring radius of the circular safety area is Rmax
  • the robot arm motion path is set according to the first motion path, the second motion path, and the rotation path; wherein the rotation path is a path between the end of the robot arm rotating from the rotation start point to the end point of the rotation.
  • a system for setting a path of a robot arm comprising:
  • a safety zone setting module configured to determine a circular safety zone of the mechanical arm rotation according to the position distribution information of the obstacle; an inner ring radius of the circular safety zone is Rmin, and an outer ring radius of the circular safety zone is Rmax;
  • a rotation point setting module for determining a starting position and an ending position of the end of the arm, and determining a starting point and a rotation end of the arm end in the circular safety area according to the starting position and the ending position, respectively ;
  • a rotation path calculation module configured to calculate a first movement path of the end of the robot arm from the starting position to the starting point of the rotation; and a second movement path of the end of the arm from the end point of the rotation to the end position;
  • a moving path setting module configured to set the mechanical arm moving path according to the first moving path, the second moving path, and the rotating path; wherein the rotating path is between the end of the mechanical arm rotating from the starting point of the rotating point to the ending end of the rotation path of.
  • the method and system for setting the movement path of the above-mentioned mechanical arm firstly determine the circular safety area in which the obstacle is avoided in the rotation of the mechanical arm, and then determine the rotation of the end of the arm in the circular safety area according to the initial position and the end position.
  • the starting point and the end point of rotation; the second moving path that finally moves from the starting position to the starting point of rotation and the second moving path that moves to the end position and the arm turning path constitute a robot arm moving path.
  • the movement path of the robot arm set by the scheme can ensure that the arm does not collide with the obstacle during the movement of the arm, adapt to the layout of various obstacles, improve the efficiency of the path setting, and the intermediate point of the path is fixed to two, which is also convenient. Algorithm implementation.
  • Figure 1 is a schematic view showing the movement space of a four-axis robot arm
  • FIG. 2 is a schematic view showing a path of movement of a robot arm by a drawing method
  • FIG. 3 is a flow chart of a method for setting a movement path of a robot arm according to the present invention.
  • Figure 4 is a schematic view of a circular safety zone
  • Figure 5 is a schematic view showing the movement path of the end of the mechanical arm
  • Fig. 6 is a structural schematic view showing a system for setting a movement path of a robot arm according to the present invention.
  • the four-axis robot arm is mainly taken as an example for description.
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for setting a motion path of a robot arm according to the present invention, including:
  • the circular safety area of the robot arm on the plane of the base and rotating vertically around the center point O is determined, and the path of the path of the robot arm is adopted.
  • the end of the arm is first moved into the circular safety zone, and then the arc is rotated around the center point O and then moved to the destination.
  • the method of specifically determining the circular security zone can be as follows:
  • the inner ring radius of the annular safety region is determined according to the position and size of the projection of the base of the robot arm.
  • FIG. 4 is a schematic view of a circular safety zone, where the dotted line shows Rmin as the inner ring radius and Rmax as the outer ring radius, and the mechanical arm can be safely rotated in the circular safety zone.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of the movement path of the end of the arm, firstly determining the starting position A at which the end of the arm is currently located, and then determining the end position B to which it is to be moved, The position is used to determine the rotational starting point A' and the rotational end point B' of the end of the arm in the annular safety region, respectively.
  • the end of the arm moves into the circular safety zone, first moving from the starting position A to the starting point A' of the rotation, by the arcing to the end point B' of the rotation, and then leaving the circular safety zone from the end point B' of the rotation, moving To the end position B.
  • the starting point A' of the rotation is at a line connecting the starting position A and the center point O of the arm rotation; the ending point B' is at the end position B and the center point of the arm rotation O Connected.
  • the rotational starting point A' and the rotational end point B' may be set at the midpoint positions of the inner ring radius and the outer ring radius.
  • a first motion path and a second motion path of the movement of the end of the robot arm are calculated; the first motion path is a path moving from the starting position to the starting point of rotation, and the second moving path is moving from the end point of the rotation to the end position path of.
  • the mechanical arm movement path is set according to the first motion path, the second motion path, and the rotation path; wherein the rotation path is a path between the end of the mechanical arm from the rotation starting point and the rotation end point;
  • the arm movement path is determined by the first motion path, the second motion path, and the arc rotation path.
  • the movement path of the robot arm set by the above method can ensure that the arm does not collide with the obstacle during the movement of the arm, adapt to the layout of various obstacles, improve the efficiency of the path setting, and the intermediate point of the path is fixed to two, which is also convenient.
  • FIG. 6 is a schematic structural diagram of a system for setting a motion path of a robot arm according to the present invention, including:
  • the safety zone setting module 101 is configured to determine a circular safety zone in which the mechanical arm rotates according to the position distribution information of the obstacle; the inner ring radius of the circular safety zone is Rmin, and the outer ring radius of the circular safety zone is Rmax;
  • a rotation point setting module 102 configured to determine a starting position and an ending position of the end of the arm, and determining a starting point and rotation of the end of the arm in the annular safety area according to the starting position and the ending position, respectively end;
  • a rotation path calculation module 103 configured to calculate a first motion path of the end of the robot arm from the starting position to the starting point of the rotation and a second motion path of the end of the arm from the end point of the rotation to the end position;
  • a moving path setting module 104 configured to set the mechanical arm moving path according to the first moving path, the second moving path, and the rotating path; wherein the rotating path is that the end of the mechanical arm rotates from the starting point of the rotating point to the end of the rotating end The path between.
  • the starting point of rotation is at a line connecting the starting position to the center point of rotation of the arm; the end point of the rotation is at a line connecting the end position to the center point of rotation of the arm.
  • the starting and ending points of rotation are at the midpoint of the inner ring radius and the outer ring radius.
  • the robot arm is a four-axis robot arm; the robot arm wraps around the machine in a circular safety zone The arm rotates the center point to rotate the first arm.
  • the safety zone setting module 101 is further configured to acquire a projection of the peripheral component and the base of the robot arm on the bottom plane; determine an outer ring radius of the circular safety zone according to the position and size of the projection of the peripheral component; The position and size of the projection of the seat determines the inner ring radius of the circular safety zone.
  • the setting system of the moving path of the robot arm of the present invention corresponds to the setting method of the moving path of the mechanical arm of the present invention, and the technical features and the beneficial effects described in the embodiment of the method for setting the moving path of the mechanical arm are applicable to the mechanical arm.
  • the embodiment of the setting system of the motion path it is hereby declared.

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Abstract

一种机械臂运动路径的设置方法和系统，其中方法包括：根据障碍物的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域；确定机械臂端部的起始位置（A）和终点位置（B），根据起始位置（A）和终点位置（B）分别确定机械臂端部在圆环形安全区域内的转动起点（A'）和转动终点（B'）；计算机械臂端部从起始位置（A）运动到转动起点（A'）的第一运动路径以及机械臂端部从转动终点（B'）运动到终点位置（B）的第二运动路径；根据第一运动路径、第二运动路径和转动路径设置机械臂运动路径；其中，转动路径为机械臂端部从转动起点（A'）弧形转动到转动终点（B'）之间的路径。该方案提高了路径设置的效率，而且路径的中间点固定为两个，也便于算法实现。

Description

机械臂运动路径的设置方法和系统 技术领域
本发明涉及智能装备技术领域，特别是涉及一种机械臂运动路径的设置方法和系统。
背景技术
工业机器人主要依靠机械臂来实现运动功能，机械臂运动路径是机械臂由一个位置点运动到另一个位置点所经过的路径。如下图1所示，图1为一四轴机械臂运动空间示意图；如图示机械臂运动空间中存在J、K、L、M、N及机械臂自身机座O等障碍物，机械臂需要由一个位置点运动到另一个位置点，则需要先设置运动路径，然后根据路径在该机械臂运动空间中绕过上述障碍物到达目的位置，例如，机械臂需要A点运动到B点，则需要规划其路径不与途中障碍物发生碰撞的情况下从A点运动到B点。
传统的机械臂运动路径设置方法，主要使用描点法，如图2所示，图2为描点法设置机械臂运动路径的示意图，即在机械臂运动轨迹中分别设置C、D、E为机械臂运行的过渡点，其路径为A、C、D、E、B。这种方式设置的机械臂运动路径主要存在如下缺陷：
(1)需要示教各个轨迹中间过渡点，转移速度较慢；
(2)难以精确控制机械臂的运动轨迹；
(3)中间过渡点的个数有不确定性，软件编程控制机械臂较为复杂。
由此可见，传统的机械臂运动路径设置方法，存在过渡点多，精确控制以及软件实现复杂的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种机械臂运动路径的设置方法和系统，提高了设置效率，降低算法实现难度。
一种机械臂运动路径的设置方法，包括：
根据障碍物的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域；圆环形安全区域的内环半径为Rmin，圆环形安全区域的外环半径为Rmax；
确定机械臂端部的起始位置和终点位置，根据所述起始位置和终点位置分别确定械臂 端部在所述圆环形安全区域内的转动起点和转动终点；
计算机械臂端部从起始位置运动到所述转动起点的第一运动路径以及机械臂端部从所述转动终点运动到终点位置的第二运动路径；
根据第一运动路径、第二运动路径和转动路径设置所述机械臂运动路径；其中，所述转动路径为机械臂端部从转动起点弧形转动到转动终点之间的路径。
一种机械臂运动路径的设置系统，包括：
安全区设置模块，用于根据障碍物的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域；圆环形安全区域的内环半径为Rmin，圆环形安全区域的外环半径为Rmax；
转动点设置模块，用于确定机械臂端部的起始位置和终点位置，根据所述起始位置和终点位置分别确定械臂端部在所述圆环形安全区域内的转动起点和转动终点；
转动路径计算模块，用于计算机械臂端部从起始位置运动到所述转动起点的第一运动路径以及机械臂端部从所述转动终点运动到终点位置的第二运动路径；
移动路径设置模块，用于根据第一运动路径、第二运动路径和转动路径设置所述机械臂运动路径；其中，所述转动路径为机械臂端部从转动起点弧形转动到转动终点之间的路径。
上述机械臂运动路径的设置方法和系统，首先确定机械臂转动中避开障碍物的圆环形安全区域，再根据起始位置和终点位置确定械臂端部在圆环形安全区域内的转动起点和转动终点；最后由起始位置运动到转动起点的第一运动路径以及转动终点运动到终点位置的第二运动路径和机械臂转动路径构成机械臂运动路径。该方案设置的机械臂运动路径，可保证机械臂运动过程中不会与障碍物发生碰撞，适应多种障碍物布局，提高了路径设置的效率，而且路径的中间点固定为两个，也便于算法实现。
附图说明
图1为一四轴机械臂运动空间示意图；
图2为描点法设置机械臂运动路径的示意图；
图3为本发明的机械臂运动路径的设置方法流程图；
图4为圆环形安全区域示意图；
图5是机械臂端部运动轨迹示意图；
图6为本发明的机械臂运动路径的设置系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例阐述本发明的机械臂运动路径的设置方法和系统的技术方案，实施例中，主要是以四轴机械臂为例进行说明。
参考图3所示，图3为本发明的机械臂运动路径的设置方法流程图，包括：
S101，根据障碍物的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域；圆环形安全区域的内环半径为Rmin，圆环形安全区域的外环半径为Rmax；
在本步骤中，根据机械臂周围的障碍物所处在位置分布信息，确定机械臂在底座平面上，绕中心点O竖直线转动的圆环形安全区域，机械臂的路径所采用的方案是先将机械臂的端部移动到圆环形安全区域内，然后围绕中心点O竖直线进行弧形转动，再移动到目的位置。
在一个实施例中，具体确定圆环形安全区域的方法可以如下：
首先，获取外围部件和机械臂基座在底部平面上的投影；
然后根据外围部件的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的外环半径；
最后根据机械臂基座的的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的内环半径。
参考图4所示，图4为圆环形安全区域示意图，图中虚线所示，Rmin为内环半径，Rmax为外环半径，机械臂可以在圆环形安全区域内安全转动。
S102，确定机械臂端部的起始位置和终点位置，根据所述起始位置和终点位置分别确定械臂端部在所述圆环形安全区域内的转动起点和转动终点；
在本步骤中，参考图5所示，图5是机械臂端部运动轨迹示意图，首先是要确定机械臂端部目前所处的起始位置A，然后确定其要移动到的终点位置B，分别利用该位置来分别确定机械臂端部在圆环形安全区域内的转动起点A’和转动终点B’。机械臂端部移动进入圆环形安全区域，先要从起始位置A移动到转动起点A’，通过弧形转动到达转动终点B’，然后从转动终点B’离开圆环形安全区域，移动至终点位置B。
在一个实施例中，如图5，所述转动起点A’在起始位置A与机械臂转动中心点O的连线上；所述转动终点B’在终点位置B与机械臂转动中心点O的连线上。
进一步地，如图5，所述转动起点A’和转动终点B’可以设在内环半径与外环半径的中点位置上。
S103，计算机械臂端部从起始位置运动到所述转动起点的第一运动路径以及机械臂端部从所述转动终点运动到终点位置的第二运动路径；
在本步骤中，计算机械臂端部移动的第一运动路径以及第二运动路径；第一运动路径是从起始位置移动到转动起点的路径，第二运动路径是从转动终点移动至终点位置的路径。
S104，根据第一运动路径、第二运动路径和转动路径设置所述机械臂运动路径；其中，所述转动路径为机械臂端部从转动起点弧形转动到转动终点之间的路径；
在本步骤中，由第一运动路径、第二运动路径和弧形转动路径确定机械臂运动路径。
对于四轴机械臂，在圆环形安全区域内绕机械臂转动中心点转动第一臂即可。
上述方法设置的机械臂运动路径，可保证机械臂运动过程中不会与障碍物发生碰撞，适应多种障碍物布局，提高了路径设置的效率，而且路径的中间点固定为两个，也便于算法实现。
参考图6所示，图6为本发明的机械臂运动路径的设置系统的结构示意图，包括：
安全区设置模块101，用于根据障碍物的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域；圆环形安全区域的内环半径为Rmin，圆环形安全区域的外环半径为Rmax；
转动点设置模块102，用于确定机械臂端部的起始位置和终点位置，根据所述起始位置和终点位置分别确定机械臂端部在所述圆环形安全区域内的转动起点和转动终点；
转动路径计算模块103，用于计算机械臂端部从起始位置运动到所述转动起点的第一运动路径以及机械臂端部从所述转动终点运动到终点位置的第二运动路径；
移动路径设置模块104，用于根据第一运动路径、第二运动路径和转动路径设置所述机械臂运动路径；其中，所述转动路径为机械臂端部从转动起点弧形转动到转动终点之间的路径。
在一个实施例中，所述转动起点在起始位置与机械臂转动中心点的连线上；所述转动终点在终点位置与机械臂转动中心点的连线上。
在一个实施例中，所述转动起点和转动终点在内环半径与外环半径的中点位置上。
在一个实施例中，所述机械臂为四轴机械臂；所述机械臂在圆环形安全区域内绕机械 臂转动中心点转动第一臂。
所述安全区设置模块101，进一步用于获取外围部件和机械臂基座在底部平面上的投影；根据外围部件的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的外环半径；根据机械臂基座的的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的内环半径。
本发明的机械臂运动路径的设置系统与本发明的机械臂运动路径的设置方法一一对应，在上述机械臂运动路径的设置方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于机械臂运动路径的设置系统的实施例中，特此声明。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

  1. 一种机械臂运动路径的设置方法，其特征在于，包括：
    根据障碍物的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域；圆环形安全区域的内环半径为Rmin，圆环形安全区域的外环半径为Rmax；
    确定机械臂端部的起始位置和终点位置，根据所述起始位置和终点位置分别确定械臂端部在所述圆环形安全区域内的转动起点和转动终点；
    计算机械臂端部从起始位置运动到所述转动起点的第一运动路径以及机械臂端部从所述转动终点运动到终点位置的第二运动路径；
    根据第一运动路径、第二运动路径和转动路径设置所述机械臂运动路径；其中，所述转动路径为机械臂端部从转动起点弧形转动到转动终点之间的路径。
  2. 根据权利要求1所述的机械臂运动路径的设置方法，其特征在于，根据障碍物的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域的步骤包括：
    获取外围部件和机械臂基座在底部平面上的投影；
    根据外围部件的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的外环半径；
    根据机械臂基座的的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的内环半径。
  3. 根据权利要求1所述的机械臂运动路径的设置方法，其特征在于，所述转动起点在起始位置与机械臂转动中心点的连线上；
    所述转动终点在终点位置与机械臂转动中心点的连线上。
  4. 根据权利要求3所述的机械臂运动路径的设置方法，其特征在于，所述转动起点和转动终点在内环半径与外环半径的中点位置上。
  5. 根据权利要求1所述的机械臂运动路径的设置方法，其特征在于，所述机械臂为四轴机械臂；所述机械臂在圆环形安全区域内绕机械臂转动中心点转动第一臂。
  6. 一种机械臂运动路径的设置系统，其特征在于，包括：
    安全区设置模块，用于根据障碍物的位置分布信息确定机械臂转动的圆环形安全区域；圆环形安全区域的内环半径为Rmin，圆环形安全区域的外环半径为Rmax；
    转动点设置模块，用于确定机械臂端部的起始位置和终点位置，根据所述起始位置和终点位置分别确定械臂端部在所述圆环形安全区域内的转动起点和转动终点；
    转动路径计算模块，用于计算机械臂端部从起始位置运动到所述转动起点的第一运动 路径以及机械臂端部从所述转动终点运动到终点位置的第二运动路径；
    移动路径设置模块，用于根据第一运动路径、第二运动路径和转动路径设置所述机械臂运动路径；其中，所述转动路径为机械臂端部从转动起点弧形转动到转动终点之间的路径。
  7. 根据权利要求6所述的机械臂运动路径的设置系统，其特征在于，所述安全区设置模块，进一步用于获取外围部件和机械臂基座在底部平面上的投影；根据外围部件的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的外环半径；根据机械臂基座的的投影的位置和大小确定圆环形安全区域的内环半径。
  8. 根据权利要求6所述的机械臂运动路径的设置系统，其特征在于，所述转动起点在起始位置与机械臂转动中心点的连线上；
    所述转动终点在终点位置与机械臂转动中心点的连线上。
  9. 根据权利要求8所述的机械臂运动路径的设置系统，其特征在于，所述转动起点和转动终点在内环半径与外环半径的中点位置上。
  10. 根据权利要求6所述的机械臂运动路径的设置系统，其特征在于，所述机械臂为四轴机械臂；所述机械臂在圆环形安全区域内绕机械臂转动中心点转动第一臂。
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