手动示教机器人动作优化处理方法技术

本发明专利技术提供了一种手动示教机器人动作优化处理方法能够针对已有的机器人动作数据，通过划分优化区域、求转动轨迹的三次样条曲线、插值代入运输、输出优化数值，从而调整其各个关节轴的转动参数列表，使机器人的运动轨迹变得更为流畅、平稳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械手
，特别是一种手动示教机器人动作优化处理方法。
技术介绍
手动示教机器人在人工拖动示教时采样编码器数据来获取机器人的运动轨迹数据，由于拖动过程可能会不均匀使得机器人再现运行的负载较大，特别当需要提速运行时，如果不做处理，提速后的加速度是提速比的平方，这样会造成很大的负荷，甚至会造成轨迹偏差过大失真，而且会对零部件造成损害。现行的解决办法只能要求示教人员的动作尽可能平稳、流程，无形中提高了手动示教机器人的使用门槛，所以研发出一种针对手动示教机器人的运动数据进行优化处理的方法已成为业内急需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种手动示教机器人动作优化处理方法。该方法在保证轨迹精度的前提下对其轨迹、速度进行优化处理，使得机器人的再现运行更加平稳，特别是在提速运行时具有明显的改善效果。本专利技术解决技术问题的技术方案如下：手动示教机器人动作优化处理方法，包括步骤：1).所述手动示教机器人，包括与底座连接的多关节臂，多关节臂与底座的连接关节以及多关节臂自身的各关节处均通过关节轴传动连接，还包括检测并记录关节轴的动作情况的编码器，通过人手拖动多关节臂示教的方式使手动示教机器人获得原始动作数据；2).从原始动作数据中分离出多关节臂各个关节轴以单位时间Δt为间隔的原始记录点的动作参数列表，所述原始记录点分别标记为Pn，下标n为自然数；3).加载各个关节轴的加速度预警值a警，a警＝M/(I×k)M为与关节轴相连的减速机额定输出力矩，I为关节轴负载转动惯量，k为安全系数；4).计算关节轴两个相邻的原始记录点Pn之间的加速度an，an=Δv/Δtvn=sn+1-snvn+1=sn+2-sn+1Δv=vn+1-vn]]>sn为关节轴在原始记录点Pn时刻所转过的弧度,vn为关节轴在原始记录点Pn时刻的角速度,Δv为单位时间Δt角速度的变化值；5).判断an与a警的关系，当an≥a警则标记当前原始记录点Pn所代表的标记点为区间划分点PN’，下标N为自然数；6).令n+1，重复步骤令3)～5)直至完成所有an与a警的对比；7).以区间划分点PN’将关节轴动作参数列表划分为N个优化区间，对于每个优化区间均存在关节轴转动轨迹的三次样条曲线：S(t)=aNt3+bNt2+cNt+dNS,(t)=3aNt2+2bNt+cNS,,(t)=6aNt+2bN]]>约束条件：S(0)=sNS,(0)=vN]]>S(t)为优化区间内关节轴转动轨迹弧度对时间的函数，S’(t)为S(t)对时间的一阶导数，S”(t)为S(t)对时间的二阶导数，sN为区间划分点PN’时刻所转过的弧度，vN为区间划分点PN’时刻的角速度，分别解出各个优化区间内三次样条曲线函数的系数aN、bN、cN、dN，得到该优化区间的三次样条曲线方程；8).定立新的控制周期时间T，对应标记为优化记录点PA，根据步骤7)所得到的各个优化区间的三次样条曲线方程，按控制周期时间T进行插值求得以关节轴在优化记录点PA时刻所转过的弧度sA：sA＝S(T)＝aNT3+bNT2+cNT+dN其中aN、bN、cN、dN由优化记录点PA所处的优化区间决定；9).重复步骤8)直至求得所有优化记录点PA时刻所转过的弧度sA，即获得优化动作数据；10).将优化动作数据重新载入手动示教机器人处理器内。本专利技术所述优化动作数据载入手动示教机器人处理器时，其动作参数列表还存储对应的输出间隔时间Δt’。本专利技术所述单位时间Δt为20ms。所述控制周期时间T为5ms。本专利技术提供的手动示教机器人动作优化处理方法能够针对已有的机器人动作数据，通过划分优化区域、求转动轨迹的三次样条曲线、插值代入运输、输出优化数值，从而调整其各个关节轴的转动参数列表，使机器人的运动轨迹变得更为流畅、平稳。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。图1是在手动示教机器人上应用本处理方法的流程框图；图2是六轴机器人J3轴优化前的转动轨迹曲线图；图3是六轴机器人J3轴优化前的速度曲线图；图4是六轴机器人J3轴优化后的转动轨迹曲线图；图5是六轴机器人J3轴优化后的速度曲线图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本专利技术创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。如图1所示，对于具有手动示教功能的手动示教机器人动作优化处理方法，包括步骤：1).所述手动示教机器人，包括与底座连接的多关节臂，多关节臂与底座的连接关节以及多关节臂自身的各关节处均通过关节轴传动连接，还包括检测并记录关节轴的动作情况的编码器，通过人手拖动多关节臂示教的方式使手动示教机器人获得原始动作数据；2).从原始动作数据中分离出多关节臂各个关节轴以单位时间Δt为间隔的原始记录点的动作参数列表，所述原始记录点分别标记为Pn，下标n为自然数；3).加载各个关节轴的加速度预警值a警，a警＝M/(I×k)M为与关节轴相连的减速机额定输出力矩，I为关节轴负载转动惯量，k为安全系数；4).计算关节轴两个相邻的原始记录点Pn之间的加速度an，an=Δv/Δtvn=sn+1-snvn+1=sn+2-sn+1Δv=vn+1-vn]]>sn为关节轴在原始记录点Pn时刻所转过的弧度,vn为关节轴在原始记录点Pn时刻的角速度,Δv为单位时间Δt角速度的变化值；5).判断an与a警的关系，当an≥a警则标记当前原始记录点Pn所代表的标记点为区间划分点PN’，下标N为自然数；6).令n+1，重复步骤令3)～5)直至本文档来自技高网...

【技术保护点】
手动示教机器人动作优化处理方法，包括步骤：1).所述手动示教机器人，包括与底座连接的多关节臂，多关节臂与底座的连接关节以及多关节臂自身的各关节处均通过关节轴传动连接，还包括检测并记录关节轴的动作情况的编码器，通过人手拖动多关节臂示教的方式使手动示教机器人获得原始动作数据；2).从原始动作数据中分离出多关节臂各个关节轴以单位时间Δt为间隔的原始记录点的动作参数列表，所述原始记录点分别标记为Pn，下标n为自然数；3).加载各个关节轴的加速度预警值a警，a警＝M/(I×k)M为与关节轴相连的减速机额定输出力矩，I为关节轴负载转动惯量，k为安全系数；4).计算关节轴两个相邻的原始记录点Pn之间的加速度an，an=Δv/Δtvn=sn+1-snvn+1=sn+2-sn+1Δv=vn+1-vn]]>sn为关节轴在原始记录点Pn时刻所转过的弧度,vn为关节轴在原始记录点Pn时刻的角速度,Δv为单位时间Δt角速度的变化值；5).判断an与a警的关系，当an≥a警则标记当前原始记录点Pn所代表的标记点为区间划分点PN’，下标N为自然数；6).令n+1，重复步骤令3)～5)直至完成所有an与a警的对比；7).以区间划分点PN’将关节轴动作参数列表划分为N个优化区间，对于每个优化区间均存在关节轴转动轨迹的三次样条曲线：S(t)=aNt3+bNt2+cNt+dNS,(t)=3aNt2+2bNt+cNS,,(t)=6aNt+2bN]]>约束条件：S(0)=sNS,(0)=vN]]>S(t)为优化区间内关节轴转动轨迹弧度对时间的函数，S’(t)为S(t)对时间的一阶导数，S”(t)为S(t)对时间的二阶导数，sN为区间划分点PN’时刻所转过的弧度，vN为区间划分点PN’时刻的角速度，分别解出各个优化区间内三次样条曲线函数的系数aN、bN、cN、dN，得到该优化区间的三次样条曲线方程；8).定立新的控制周期时间T，对应标记为优化记录点PA，根据步骤7)所得到的各个优化区间的三次样条曲线方程，按控制周期时间T进行插值求得以关节轴在优化记录点PA时刻所转过的弧度sA：sA＝S(T)＝aNT3+bNT2+cNT+dN其中aN、bN、cN、dN由优化记录点PA所处的优化区间决定；9).重复步骤8)直至求得所有优化记录点PA时刻所转过的弧度sA，即获得优化动作数据。...

【技术特征摘要】
1.手动示教机器人动作优化处理方法，包括步骤：
1).所述手动示教机器人，包括与底座连接的多关节臂，多关节臂
与底座的连接关节以及多关节臂自身的各关节处均通过关节轴传动
连接，还包括检测并记录关节轴的动作情况的编码器，通过人手拖动
多关节臂示教的方式使手动示教机器人获得原始动作数据；
2).从原始动作数据中分离出多关节臂各个关节轴以单位时间Δt
为间隔的原始记录点的动作参数列表，所述原始记录点分别标记为
Pn，下标n为自然数；
3).加载各个关节轴的加速度预警值a警，a警＝M/(I×k)
M为与关节轴相连的减速机额定输出力矩，I为关节轴负载转动
惯量，k为安全系数；
4).计算关节轴两个相邻的原始记录点Pn之间的加速度an，
an=Δv/Δtvn=sn+1-snvn+1=sn+2-sn+1Δv=vn+1-vn]]>sn为关节轴在原始记录点Pn时刻所转过的弧度,vn为关节轴在原
始记录点Pn时刻的角速度,Δv为单位时间Δt角速度的变化值；
5).判断an与a警的关系，当an≥a警则标记当前原始记录点Pn所
代表的标记点为区间划分点PN’，下标N为自然数；
6).令n+1，重复步骤令3)～5)直至完成所有an与a警的对比；
7).以区间划分点PN’将关节轴动作参数列表划分为N个优化区间，
对于每个优化区间均存在关节轴转动轨迹的三次样条...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪立新，刘建群，魏蕴中，刘达，
申请(专利权)人：佛山市科莱机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44