本發(fā)明屬于機(jī)器人，具體涉及一種面向復(fù)雜曲面的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來，機(jī)器人技術(shù)快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人由于穩(wěn)定性可靠、重復(fù)精度高、能在高危環(huán)境下作業(yè)等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)制造領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，如雕刻、焊接、裝配、打磨等。機(jī)器人雕刻作業(yè)通常需進(jìn)行示教以執(zhí)行新任務(wù)，而傳統(tǒng)示教技術(shù)編程效率低、專業(yè)性強(qiáng)且僅能執(zhí)行特定任務(wù)，無法滿足雕刻作業(yè)的定制化、高效性等多方面要求，因此機(jī)器人必須具備更高效的技能泛化能力，以快速適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境和不同任務(wù)需求，從而不斷提高智能化水平。

2、在復(fù)雜曲面上進(jìn)行雕刻作業(yè)需要保證機(jī)器人雕刻精度和效果，對(duì)機(jī)器人的力控制器的要求很高。在專利，雕刻控制方法、裝置、雕刻設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)cn116330260a中，采用傳統(tǒng)pid控制器對(duì)雕刻機(jī)器人的當(dāng)前軌跡進(jìn)行修正，以實(shí)現(xiàn)恒力雕刻。也有許多文獻(xiàn)采用經(jīng)典的定參導(dǎo)納控制器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人雕刻或打磨的恒力控制。但當(dāng)?shù)窨虣C(jī)器人遇到不同的表面形狀和不同剛度的材料時(shí)，需要根據(jù)作業(yè)環(huán)境變化人為地調(diào)整pid增益或?qū)Ъ{參數(shù)，不僅影響雕刻作業(yè)的效率，而且控制器沒有自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)會(huì)使在復(fù)雜曲面上的雕刻精度大大降低，導(dǎo)致雕刻效果不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提出一種面向復(fù)雜曲面的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)方法及系統(tǒng)。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種面向復(fù)雜曲面的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)方法，包括以下步驟：

4、s1、設(shè)計(jì)英文字母的字形分割方法并構(gòu)建字母分割信息庫；為每一字形類別構(gòu)造一條示教子軌跡，構(gòu)建成子技能基元庫；采用離散動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)原語模型dmps生成平面參考軌跡；

5、s2、采用3d相機(jī)獲取感興趣復(fù)雜曲面的點(diǎn)云信息，并對(duì)相機(jī)進(jìn)行眼在手外的標(biāo)定，獲得相機(jī)坐標(biāo)系到機(jī)械臂基坐標(biāo)系的變換關(guān)系，根據(jù)變換關(guān)系獲得機(jī)械臂基坐標(biāo)系下的曲面點(diǎn)云，基于包覆式投影算法的曲面軌跡規(guī)劃方法，將生成的平面參考軌跡投影到曲面上，獲得曲面參考軌跡與表面法向量；

6、s3、對(duì)基于六維力傳感器的機(jī)械臂末端雕刻工具進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，對(duì)機(jī)械臂末端雕刻工具進(jìn)行重力補(bǔ)償，消除末端雕刻工具重力的影響，獲得外部環(huán)境與機(jī)械臂的交互力；

7、s4、機(jī)械臂采用基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)rbfnn的自適應(yīng)導(dǎo)納控制器，生成期望雕刻軌跡，同時(shí)使環(huán)境與機(jī)械臂的交互力跟蹤期望交互力，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂柔順雕刻作業(yè)。

8、本發(fā)明還包括一種面向復(fù)雜曲面的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)系統(tǒng)，系統(tǒng)采用本發(fā)明提供的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)方法，系統(tǒng)包括生成平面參考軌跡模塊、生成曲面參考軌跡與表面法向量模塊、參數(shù)辨識(shí)和重力補(bǔ)償模塊以及自適應(yīng)導(dǎo)納控制模塊；

9、生成平面參考軌跡模塊，用于對(duì)所有英文字母進(jìn)行字形分割，構(gòu)建一個(gè)包含所有字母分割信息的字母分割信息庫；為每一字形類別構(gòu)造一條示教子軌跡，構(gòu)建成子技能基元庫；采用離散動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)原語模型dmps生成平面參考軌跡；

10、生成曲面參考軌跡與表面法向量模塊，采用3d相機(jī)獲取感興趣的復(fù)雜曲面的點(diǎn)云信息，并對(duì)相機(jī)進(jìn)行眼在手外的標(biāo)定，獲得相機(jī)坐標(biāo)系到機(jī)械臂基坐標(biāo)系的變換關(guān)系，根據(jù)變換關(guān)系獲得機(jī)械臂基坐標(biāo)系下的曲面點(diǎn)云，基于包覆式投影算法的曲面軌跡規(guī)劃方法，將生成的平面參考軌跡投影到曲面上，獲得曲面參考軌跡與表面法向量；

11、參數(shù)辨識(shí)和重力補(bǔ)償模塊，用于對(duì)基于六維力傳感器的機(jī)械臂末端雕刻工具進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，對(duì)機(jī)械臂末端雕刻工具進(jìn)行重力補(bǔ)償，獲得外部環(huán)境與機(jī)械臂的交互力；

12、自適應(yīng)導(dǎo)納控制模塊，采用基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)rbfnn的自適應(yīng)導(dǎo)納控制器，生成期望雕刻軌跡，同時(shí)使環(huán)境與機(jī)械臂的交互力跟蹤期望交互力，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂柔順雕刻作業(yè)。

13、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

14、1、本發(fā)明采用任意給定的英文字母生成平面參考軌跡方法，當(dāng)每次需要生成不同字母或不同位置及大小的參考軌跡時(shí)，避免了傳統(tǒng)示教方法的重新示教與規(guī)劃，大大降低了工作量和操作難度，同時(shí)賦予機(jī)器人更高效的技能泛化能力，適應(yīng)多變的雕刻作業(yè)需求。

15、2、本發(fā)明采用生成曲面參考軌跡與表面法向量方法，將平面參考軌跡投影到復(fù)雜曲面上，將平面雕刻作業(yè)拓展到曲面，極大豐富了機(jī)器人雕刻作業(yè)的環(huán)境類別，適應(yīng)復(fù)雜的雕刻作業(yè)表面。

16、3、本發(fā)明采用參數(shù)辨識(shí)和重力補(bǔ)償，獲得了機(jī)械臂末端雕刻工具和六維力傳感器的辨識(shí)參數(shù)，并且消除了末端雕刻工具重力的影響，從而獲得外部環(huán)境與機(jī)械臂的交互力。

17、4、本發(fā)明采用自適應(yīng)導(dǎo)納控制器，完成了機(jī)器人執(zhí)行柔順雕刻作業(yè)的任務(wù)，同時(shí)不僅保證了機(jī)器人與環(huán)境的交互安全性，而且獲得了良好的雕刻精度和雕刻效果。

技術(shù)特征：

1.一種面向復(fù)雜曲面的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向復(fù)雜曲面的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)方法，其特征在于，步驟s1中，設(shè)計(jì)英文字母的字形分割方法并構(gòu)建字母分割信息庫，具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種面向復(fù)雜曲面的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)方法，其特征在于，步驟s1中，為每一字形類別構(gòu)造一條示教子軌跡，構(gòu)建成子技能基元庫，具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種面向復(fù)雜曲面的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)方法，其特征在于，步驟s1中，采用離散動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)原語模型dmps生成平面參考軌跡，具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向復(fù)雜曲面的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)方法，其特征在于，步驟s2具體包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種面向復(fù)雜曲面的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)方法，其特征在于，步驟s3中，對(duì)基于六維力傳感器的機(jī)械臂末端雕刻工具進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種面向復(fù)雜曲面的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)方法，其特征在于，步驟s3中，對(duì)機(jī)械臂末端雕刻工具進(jìn)行重力補(bǔ)償，具體為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種面向復(fù)雜曲面的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)方法，其特征在于，步驟s4具體為：

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種面向復(fù)雜曲面的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)方法，其特征在于，基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)rbfnn的自適應(yīng)導(dǎo)納控制器，表示為：

10.一種面向復(fù)雜曲面的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)采用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述機(jī)器人自主雕刻作業(yè)方法，系統(tǒng)包括生成平面參考軌跡模塊、生成曲面參考軌跡與表面法向量模塊、參數(shù)辨識(shí)和重力補(bǔ)償模塊以及自適應(yīng)導(dǎo)納控制模塊；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種面向復(fù)雜曲面的機(jī)器人自主雕刻作業(yè)方法及系統(tǒng)，方法包括：S1、設(shè)計(jì)字形分割方法并構(gòu)建字母分割信息庫；構(gòu)建成子技能基元庫；采用離散動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)原語模型生成平面參考軌跡；S2、采用3D相機(jī)獲取感興趣的復(fù)雜曲面的點(diǎn)云，并對(duì)相機(jī)進(jìn)行眼在手外的標(biāo)定，獲得相機(jī)坐標(biāo)系到機(jī)械臂基坐標(biāo)系的變換關(guān)系，獲取曲面參考軌跡與表面法向量；S3、對(duì)基于六維力傳感器的機(jī)械臂末端雕刻工具進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)和重力補(bǔ)償；S4、采用基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)導(dǎo)納控制器，生成期望雕刻軌跡，使環(huán)境與機(jī)械臂的交互力跟蹤期望交互力，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂雕刻作業(yè)。本發(fā)明可以使機(jī)器人在復(fù)雜曲面上進(jìn)行雕刻作業(yè)，雕刻精度高，雕刻效果好，實(shí)用性強(qiáng)。

技術(shù)研發(fā)人員：黎志毅,占宏,楊辰光
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華南理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19