基于任務(wù)和樣條曲線的工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于任務(wù)和樣條曲線的工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，其包括有機(jī)器人控制器、輸入信息到控制器的運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊、任務(wù)模塊、軌跡規(guī)劃器，該規(guī)劃方法包括以下步驟：S1、建立工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，求得工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)的正反解；S2、由所述的任務(wù)模塊給出工業(yè)機(jī)器人的任務(wù)點(diǎn)的位置信息和姿態(tài)信息：S3、由工業(yè)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃器結(jié)合所述的任務(wù)模塊，給出基于樣條曲線的路徑規(guī)劃曲線：S4、工業(yè)機(jī)器人軌跡規(guī)劃器將產(chǎn)生的路徑曲線，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)正反解得到關(guān)節(jié)空間的信息發(fā)給工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，不但可以解決工業(yè)機(jī)器人在應(yīng)用中需要經(jīng)過多個(gè)中間位姿的問題，并且為了保證工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中的加速度無急動(dòng)。
【專利說明】基于任務(wù)和樣條曲線的工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于任務(wù)和樣條曲線的工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)機(jī)器人是工作機(jī)器，其可以裝備用于對(duì)對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)處理和/或加工的工具，并可以對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，例如就方向、位置和工作流程進(jìn)行編程。工業(yè)機(jī)器人通常包括具有多個(gè)軸的機(jī)器人臂以及可編程控制器(控制裝置)，控制器在運(yùn)行中控制或調(diào)整工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過程。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，控制器可以通過軌跡規(guī)劃來計(jì)劃這種運(yùn)動(dòng)。
[0004]常用的軌跡規(guī)劃方法有:3-4-5正則多項(xiàng)式；4-5-6_7正則多項(xiàng)式；擺線運(yùn)動(dòng)與拋物線擬合的線性函數(shù)等。4-5-6-7正則多項(xiàng)式相對(duì)3-4-5正則多項(xiàng)式的優(yōu)點(diǎn)是，可以保證加速度的變化沒有急動(dòng)；擺線運(yùn)動(dòng)與拋物線擬合的線性函數(shù)方法對(duì)要求通過中間位姿的情況處理起來較為復(fù)雜。當(dāng)機(jī)器人要求通過中間位姿時(shí)，大多采用高階正則多項(xiàng)式，Kahaner，Moler和Nash等指出中間位姿數(shù)量增加時(shí)這種采用多項(xiàng)式插值的方法變得不切實(shí)際，這時(shí)因?yàn)橹虚g位姿的增加會(huì)使得正則多項(xiàng)式的次數(shù)增加，多項(xiàng)式系數(shù)的方程組的條件數(shù)變大，相對(duì)舍入誤差等于舍入誤差乘以一個(gè)放大系數(shù)一方程組條件數(shù)，從而方程組的解失真。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種基于任務(wù)和樣條曲線的工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，其可克服上述缺陷，能解決工業(yè)機(jī)器人在應(yīng)用中需要經(jīng)過多個(gè)中間位姿的問題，并且可保證工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中的加速度無急動(dòng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種基于任務(wù)和樣條曲線的工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，其包括有機(jī)器人控制器、輸入信息到控制器的運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊、任務(wù)模塊、軌跡規(guī)劃器，該規(guī)劃方法包括以下步驟:
[0008]S1、建立工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，求得工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)的正反解；
[0009]S2、由所述的任務(wù)模塊給出工業(yè)機(jī)器人的任務(wù)點(diǎn)的位置信息和姿態(tài)信息:
[0010]S3、由工業(yè)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃器結(jié)合所述的任務(wù)模塊，給出基于樣條曲線的路徑規(guī)劃曲線:
[0011]S4、工業(yè)機(jī)器人軌跡規(guī)劃器將產(chǎn)生的路徑曲線，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)正反解得到關(guān)節(jié)空間的信息發(fā)給工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器:
[0012]上述的任務(wù)模塊，設(shè)有兩個(gè)信息輸入口，所述的第一個(gè)信息輸入口，是直接與所述的機(jī)器人控制器相連；所述的第二個(gè)信息輸入口，是利用串口與PC相連。
[0013]在步驟S2中的任務(wù)點(diǎn)，是利用示教或離線編程給出的，所述的工業(yè)機(jī)器人要完成任務(wù)需要通過的點(diǎn)。
[0014]上述的路徑規(guī)劃曲線，由下述步驟所得:
[0015]定義所述的任務(wù)模塊給出的工業(yè)機(jī)器人通過點(diǎn)的個(gè)數(shù)用N表示，這些點(diǎn)用Pk(xk, yk) (k = I, 2...N)表示；這里用三次樣條曲線s(xk)連接已知的N個(gè)位姿點(diǎn)Pk(xk, yk)(k = I, 2...N)間的N-1個(gè)區(qū)間，在連接點(diǎn)Pk上有s (Xk) = yk，而且定義樣條函數(shù)在
X1^ xN上式二次可微的，即這樣的樣條函數(shù)稱為C2函數(shù)，也就是有連續(xù)的二階導(dǎo)數(shù)；設(shè)兩個(gè)連續(xù)點(diǎn)Pk(xk，yk)和Pk+1(xk+1，yk+1)間的三次多項(xiàng)式sk(x)及相應(yīng)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)如公式⑴:
【權(quán)利要求】
1.一種基于任務(wù)和樣條曲線的工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，其包括有機(jī)器人控制器、輸入信息到控制器的運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊、任務(wù)模塊、軌跡規(guī)劃器，該規(guī)劃方法包括以下步驟: 51、建立工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，求得工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)的正反解； 52、由所述的任務(wù)模塊給出工業(yè)機(jī)器人的任務(wù)點(diǎn)的位置信息和姿態(tài)信息: 53、由工業(yè)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃器結(jié)合所述的任務(wù)模塊，給出基于樣條曲線的路徑規(guī)劃曲線: 54、工業(yè)機(jī)器人軌跡規(guī)劃器將產(chǎn)生的路徑曲線，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)正反解得到關(guān)節(jié)空間的信息發(fā)給工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于任務(wù)和樣條曲線的工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于:所述的任務(wù)模塊，設(shè)有兩個(gè)信息輸入口，所述的第一個(gè)信息輸入口，是直接與所述的機(jī)器人控制器相連；所述的第二個(gè)信息輸入口，是利用串口與PC相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于任務(wù)和樣條曲線的工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于:在步驟S2中的任務(wù)點(diǎn)，是利用示教或離線編程給出的，所述的工業(yè)機(jī)器人要完成任務(wù)需要通過的點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于任務(wù)和樣條曲線的工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于:所述的路徑規(guī)劃曲線，由下述步驟所得: 定義所述的任務(wù)模塊給出的工業(yè)機(jī)器人通過點(diǎn)的個(gè)數(shù)用N表示，這些點(diǎn)用Pk(xk，yk)(k = I, 2...N)表示；這里用三次樣條曲線s(xk)連接已知的N個(gè)位姿點(diǎn)Pk(xk, yk) (k =I, 2...N)間的N-1個(gè)區(qū)間,在連接點(diǎn)Pk上有s(xk) = yk,而且定義樣條函數(shù)在X1≤X≤xN上式二次可微的，即這樣的樣條函數(shù)稱為C2函數(shù)，也就是有連續(xù)的二階導(dǎo)數(shù)；設(shè)兩個(gè)連續(xù)點(diǎn)Pk(xk，yk)和Pk+1(xk+1, yk+1)間的三次多項(xiàng)式sk(x)及相應(yīng)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)如公式(I):
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于任務(wù)和樣條曲線的工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于:在步驟S4中，其中利用工業(yè)機(jī)器人的控制器內(nèi)所輸入的運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊，根據(jù)軌跡規(guī)劃器給出的路徑曲線，計(jì)算關(guān)節(jié)空間值，發(fā)送到工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器。
【文檔編號(hào)】B25J13/00GK103802113SQ201210442709
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月8日
【發(fā)明者】鄒風(fēng)山, 曲道奎, 徐方, 黃玉釧, 鄭春暉, 杜振軍 申請(qǐng)人:沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司