一种用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及机器人控制领域，公开了一种用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的方法及其装置。本发明专利技术中，包含以下步骤：确定机器人的始末点笛卡尔位置和轨迹；其中，笛卡尔位置包括：基于坐标系的位置信息和姿态信息；根据轨迹是否为折弯跟随轨迹确定获得轨迹的笛卡尔插补点的方法；其中，如果是折弯跟随轨迹，则直接获得轨迹的笛卡尔插补点；如果不是折弯跟随轨迹，则利用笛卡尔位置和混合位置的互换来获得笛卡尔插补点；根据所获得的笛卡尔插补点生成机器人关节插补点；根据所生成的关节笛卡尔插补点规划五轴折弯机器人的笛卡尔轨迹。本发明专利技术实施方式使得五轴机器人可以实现弯折项目，拓展五轴机器人的应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的方法及其装置
本专利技术涉及机器人控制领域，特别涉及用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的方法。
技术介绍
在传统的工厂里，此类工作基本上由人工来完成，具有劳动强度大、耗时较多、枯燥无味、工作环境恶劣、易造成污染等问题，并且会增加企业的成本。因此在这些领域中，需要机器人准确快速的对物品进行搬运、焊接、喷涂等操作。一个完整的折弯过程包括取料、进料、跟随折弯、退料和放料的过程。在机器人折弯项目中，六轴机器人是串联机械人的一种，由于它能够自由的在三维空间内进行运动，能够准确快速的进行搬运、焊接、喷涂等大量重复性的工作。通常采用六轴工业机器人进行折弯作业。然而，目前的这类机器人虽然具有足够多的自由度，但由于其关节过多，驱动机构过于复杂，导致不够灵巧、动作速度慢，且精确度较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的方法及其装置，使得五轴机器人可以实现弯折项目，拓展五轴机器人的应用场景。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式提供了一种用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的方法，包含以下步骤：确定机器人的始末点笛卡尔位置和轨迹；其中，所述笛卡尔位置包括：基于坐标系的位置信息和姿态信息；根据所述轨迹是否为折弯跟随轨迹确定获得所述轨迹的笛卡尔插补点的方法；其中，如果是折弯跟随轨迹，则直接获得所述轨迹的笛卡尔插补点；如果不是折弯跟随轨迹，则利用笛卡尔位置和混合位置的互换来获得笛卡尔插补点；其中，所述混合位置包括：基于坐标系的位置信息和绕y轴的旋转角度和绕x轴的旋转角度；根据所获得的笛卡尔插补点生成机器人关节插补点；根据所生成的关节笛卡尔插补点规划所述五轴折弯机器人的笛卡尔轨迹。本专利技术的实施方式还提供了一种用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的装置，包含：轨迹确定模块，用于确定机器人的始末点笛卡尔位置和轨迹；其中，所述笛卡尔位置包括：基于坐标系的位置信息和姿态信息；检测模块，用于检测所述轨迹是否为折弯跟随轨迹，并在检测到是折弯跟随轨迹时，直接获得所述轨迹的笛卡尔插补点；获取模块，用于在所述检测模块检测到不是折弯跟随轨迹时，利用笛卡尔位置和混合位置的互换来获得笛卡尔插补点；其中，所述混合位置包括：基于坐标系的位置信息和绕y轴的旋转角度和绕x轴的旋转角度；生成模块，用于根据所述检测模块或所述获取模块获得的笛卡尔插补点生成机器人关节插补点；规划模块，用于根据所述生成模块生成的关节笛卡尔插补点规划所述五轴折弯机器人的笛卡尔轨迹。本专利技术实施方式相对于现有技术而言，利用五轴机器人的始末点笛卡尔位置和混合位置的互换，解决了非折弯跟随轨迹时的关节插补，从而实现五轴机器人在空间中的非折弯跟随运动，不仅使得五轴机器人可以完成弯折项目，并拓展五轴机器人的应用场景，从而简化驱动机构，降低成本，增加项目中机器人的灵巧性、加快机器人动作速度，提高精确度。作为进一步改进，在所述利用笛卡尔位置和混合位置的互换来获得笛卡尔插补点的步骤中，包含以下子步骤：将所述始末点笛卡尔位置转换为始末点混合位置；根据所述始末点混合位置获得混合位置插补点；将获得的所述混合位置插补点转换为笛卡尔插补点。进一步细化利用笛卡尔位置和混合位置的互换，获得笛卡尔插补点的方法。作为进一步改进，在所述将始末点笛卡尔位置转换为始末点混合位置的子步骤中，包含以下子步骤：建立五轴逆运动学；利用所述五轴逆运动学逆解所述始末点笛卡尔位置，获得机器人的始末点关节位置；根据所述始末点关节位置和所述始末点笛卡尔位置获得始末点混合位置。进一步细化了在插补点获得的过程中，笛卡尔位置和混合位置的互换方法。作为进一步改进，在所述插补点的获取过程中，采用预定速度的规划量。进一步限定使用统一速度的规划量规划位置信息，使得速度规划平稳变化，从而能够保证混合位置插补点平稳变化。附图说明图1是根据本专利技术第一实施方式中的用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的方法流程图；图2是根据本专利技术第一实施方式中的五轴机器人的连杆参数示意图；图3a是根据本专利技术第一实施方式中的机器人笛卡尔轨迹示意图；图3b是根据本专利技术第一实施方式中的机器人关节位置示意图；图3c是根据本专利技术第一实施方式中的机器人笛卡尔速度示意图；图3d是根据本专利技术第一实施方式中的机器人关节速度示意图；图4是根据本专利技术第二实施方式中的用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的装置示意图；图5是根据本专利技术第二实施方式中的用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的装置中获取模块示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本专利技术各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。本专利技术的第一实施方式涉及一种用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的方法。其流程如图1所示，具体如下：步骤101，确定机器人的始末点笛卡尔位置和轨迹。具体的说，笛卡尔位置包括：基于坐标系的位置信息和姿态信息。在实际应用中，给定五轴折弯机器人笛卡尔路径的始末点位置，采用笛卡尔位置信息xyzabc作为输入。其中xyz表示机器人工具末端(简称“TCP”)相对机器人基坐标系的位置信息，abc表示机器人TCP相对机器人基坐标系的姿态信息。遍历五轴折弯机器人的工作空间不难看出，五轴机器人的位置空间基本不受限，而姿态空间中TCP的y轴方向受限。这就使得五轴机器人的笛卡尔位姿不能随意的给定，而具有严格的要求，从数学模型上可以得出限制条件为：给定的姿态必须满足机器人5轴的z轴方向必须与1轴的y轴垂直。就该限制条件对TCP的姿态abc给定限制进行研究，很难获得满意的结论，原因在于姿态abc具有明确的物理意义，而从数学方程中推导获得条件难以和abc对应起来。所以，需要考虑其他设计方法来实现五轴机器人的位姿表示，并使得该位姿表示能够进行一般机器人轨迹规划。步骤102，判断轨迹是否为折弯跟随轨迹；若是，则执行步骤106；若否，则执行步骤103。在此将折弯跟随轨迹和非折弯跟随轨迹进行区分，可以更好地实现轨迹规划。步骤103，获得笛卡尔插补点。具体的说，判定轨迹为折弯跟随轨迹时，可以直接获得笛卡尔插补点。由于在弯折过程中，整个机器人的运动轨迹并不复杂，使用缺省4关节的五轴机器人在其工作空间范围内就可以实现完整折弯作业。对于跟随折弯过程，对机器人的姿态严格要求，所以，对五轴折弯机器人来说，只要能够保证机器人正对着折弯机，就能够保证其姿态的可达性。因此，对五轴折弯机器人的跟随折弯轨迹的实现上没有问题。步骤104，将始末点笛卡尔位置转换为始末点混合位置。具体的说，混合位置包括：基于坐标系的位置信息和绕y轴的旋转角度和绕x轴的旋转角度。在实际应用中，混合位置一般以xyzA4A5表示，其中xyz表示机器人TCP相对机器人基坐标系的位置信息，A4A5表示分别表示机器人TCP绕TCP的y轴旋转角度和绕x轴旋转角度。当然，在实际应用中也可以不用A4A5的表示方法，用其他的表示方法。笛卡尔位置和混合位置互相转换过程具体如下：(1)建立五轴正运动学：具体的说，是利用DH参数法推导建立五轴正运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的方法，其特征在于，包含以下步骤：确定机器人的始末点笛卡尔位置和轨迹；其中，所述笛卡尔位置包括：基于坐标系的位置信息和姿态信息；根据所述轨迹是否为折弯跟随轨迹确定获得所述轨迹的笛卡尔插补点的方法；其中，如果是折弯跟随轨迹，则直接获得所述轨迹的笛卡尔插补点；如果不是折弯跟随轨迹，则利用笛卡尔位置和混合位置的互换来获得笛卡尔插补点；其中，所述混合位置包括：基于坐标系的位置信息和绕y轴的旋转角度和绕x轴的旋转角度；根据所获得的笛卡尔插补点生成机器人关节插补点；根据所生成的关节笛卡尔插补点规划所述五轴折弯机器人的笛卡尔轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的方法，其特征在于，包含以下步骤：确定机器人的始末点笛卡尔位置和轨迹；其中，所述笛卡尔位置包括：基于基坐标系的位置信息和姿态信息；根据所述轨迹是否为折弯跟随轨迹确定获得所述轨迹的笛卡尔插补点的方法；其中，如果是折弯跟随轨迹，则直接获得所述轨迹的笛卡尔插补点；如果不是折弯跟随轨迹，则利用笛卡尔位置和混合位置的互换来获得笛卡尔插补点；其中，所述混合位置包括：基于基坐标系的位置信息和绕机器人工具末端TCP的y轴的旋转角度和绕x轴的旋转角度；根据所获得的笛卡尔插补点生成机器人关节插补点；根据所生成的关节笛卡尔插补点规划所述五轴折弯机器人的笛卡尔轨迹。2.根据权利要求1所述的用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的方法，其特征在于，在所述利用笛卡尔位置和混合位置的互换来获得笛卡尔插补点的步骤中，包含以下子步骤：将所述始末点笛卡尔位置转换为始末点混合位置；根据所述始末点混合位置获得混合位置插补点；将获得的所述混合位置插补点转换为笛卡尔插补点。3.根据权利要求2所述的用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的方法，其特征在于，在所述将始末点笛卡尔位置转换为始末点混合位置的子步骤中，包含以下子步骤：建立五轴逆运动学；利用所述五轴逆运动学逆解所述始末点笛卡尔位置，获得机器人的始末点关节位置；根据所述始末点关节位置和所述始末点笛卡尔位置获得始末点混合位置。4.根据权利要求3所述的用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的方法，其特征在于，在所述建立五轴逆运动学的子步骤中，利用DH参数法建立五轴逆运动学。5.根据权利要求2所述的用于五轴折弯机器人笛卡尔轨迹规划的方法，其特征在于，在所述将获得的混合位置插补点转换为笛卡尔插补点的子步骤中，包含以下子步骤：建立五轴正运动学；根据所述混合位置插补点获得机器人的插补...

【专利技术属性】
技术研发人员：周朔鹏，熊圆圆，邓洪洁，乔正，王效杰，
申请(专利权)人：上海新时达电气股份有限公司，上海新时达机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31