机械臂运动路径生成方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种机械臂运动路径生成方法和系统，方法包括以下步骤：获取机械臂周围的障碍物的分布位置，根据所述分布位置计算机械臂运动的安全半径，根据所述安全半径和机械臂的工具爪的尺寸计算机械臂的实际工作半径；根据所述工具爪的起始位置和所述实际工作半径计算机械臂运动的第一中间点位置，根据所述工具爪的目标位置和所述实际工作半径计算机械臂运动的第二中间点位置；若所述工具爪的目标位置在所述机械臂当前姿态的运动范围内，根据所述起始位置、第一中间点位置、第二中间点位置和目标位置生成机械臂的运动路径。

Method and system for generating mechanical arm motion path

The invention relates to a mechanical arm motion path generation method and system. The method comprises the following steps: acquiring location obstacles around the robot arm, according to the safety radius of the distribution calculation of the mechanical arm movement, according to the actual working radius of the safety computer arm radius and manipulator tool claw; the first intermediate position of the mechanical arm movement is calculated according to the starting position of the tool claw and the actual working radius, the second arm movement according to the calculating tool claw target position and the actual working radius of the point position; if the tool claw target position in the current range of mechanical arm the attitude of the movement, according to the motion path of the starting position, the first intermediate point, second intermediate point position and the target position of the generation of mechanical arm.

【技术实现步骤摘要】
机械臂运动路径生成方法和系统
本专利技术涉及自动化控制
，特别是涉及一种机械臂运动路径生成方法和系统。
技术介绍
如图1所示，在机械臂运动空间中存在周边设备及机械臂自身机座等障碍物，当控制机械臂从A点运动到B点时，需要对机械臂的运动路径进行规划，使机械臂要在运动过程中不与障碍物发生碰撞。传统的机械臂路径规划方式主要使用人工示教中间点法，如下图2所示，即在机器人运动轨迹中分别手工示教点T1、T2、T3等机械臂运行的中间点，以在从起点A到达终点B的过程中避开障碍物。此种方式需要手工示教各个轨迹中间点，更换机械臂后要重新示教每个中间点，路径生成效率低。
技术实现思路
基于此，有必要针对路径生成效率低的问题，提供一种机械臂运动路径生成方法和系统。一种机械臂运动路径生成方法，包括以下步骤：获取机械臂周围的障碍物的分布位置，根据所述分布位置计算机械臂运动的安全半径，根据所述安全半径和机械臂的工具爪的尺寸计算机械臂的实际工作半径；根据所述工具爪的起始位置和所述实际工作半径计算机械臂运动的第一中间点位置，根据所述工具爪的目标位置和所述实际工作半径计算机械臂运动的第二中间点位置；若所述工具爪的目标位置在所述机械臂当前姿态的运动范围内，根据所述起始位置、第一中间点位置、第二中间点位置和目标位置生成机械臂的运动路径。一种机械臂运动路径生成系统，包括：第一计算模块，用于获取机械臂周围的障碍物的分布位置，根据所述分布位置计算机械臂运动的安全半径，根据所述安全半径和机械臂的工具爪的尺寸计算机械臂的实际工作半径；第二计算模块，用于根据所述工具爪的起始位置和所述实际工作半径计算机械臂运动的第一中间点位置，根据所述工具爪的目标位置和所述实际工作半径计算机械臂运动的第二中间点位置；第一生成模块，用于若所述工具爪的目标位置在所述机械臂当前姿态的运动范围内，根据所述起始位置、第一中间点位置、第二中间点位置和目标位置生成机械臂的运动路径。上述机械臂运动路径生成方法和系统，根据障碍物的分布位置计算机械臂运动的安全半径，根据所述安全半径和机械臂的工具爪的尺寸计算机械臂的实际工作半径，根据所述工具爪的起始位置和所述实际工作半径计算机械臂运动的第一中间点位置，根据所述工具爪的目标位置和所述实际工作半径计算机械臂运动的第二中间点位置，并自动生成机械臂的运动路径，当障碍物分布改变时，只需输入更改后的障碍物的分布位置即可自动生成新的机械臂运动路径，无需人工示教各个轨迹中间点，规划效率高。附图说明图1为一个实施例的机械臂及障碍物分布示意图；图2为一个实施例的人工示教运动路径中间点的示意图；图3为一个实施例的机械臂运动路径生成方法流程图；图4为一个实施例的安全半径与实际工作半径示意图；图5为一个实施例的中间点和换手区域示意图；图6为第一实施例的机械臂运动路径示意图；图7为第二实施例的机械臂运动路径示意图；图8为一个实施例的机械臂运动路径生成系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行说明。如图1所示，本专利技术提供一种机械臂运动路径生成方法，可包括以下步骤：S1，获取机械臂周围的障碍物的分布位置，根据所述分布位置计算机械臂运动的安全半径，根据所述安全半径和机械臂的工具爪的尺寸计算机械臂的实际工作半径；在一个实施例中，可以建立机械臂及障碍物分布的坐标系，优选地，所述坐标系为三维坐标系。所述三维坐标系可以将机械臂底座的中心点设为原点，将水平面上两个相互垂直的方向设为x轴和y轴，将竖直方向设为z轴。通过建立坐标系，可以更加方便地对机械臂位置及障碍物分布进行描述。在所述三维坐标系下，所述障碍物的分布位置可以用坐标的形式表示出来，例如，可以建立一个坐标集合，该坐标集合中可以包括多个坐标值，每个坐标值代表一个障碍物的位置分布，该坐标值可表示为(x，y，z)的形式。为了便于区分各个障碍物，还可以将各个障碍物进行编号，并将障碍物的坐标值与对应编号进行绑定。所述安全半径与实际工作半径如图4所示。图中，Rmax和Rmin分别表示安全半径的最大值和最小值，WRmax和WRmin分别表示实际工作半径的最大值和最小值，A和B分别表示起始位置和目标位置。所述安全半径的最大值可以根据障碍物分布来计算，可根据障碍物的分布位置获取机械臂周围的障碍物与机械臂底座的中心点之间的距离，根据所述距离的最小值计算机械臂运动的安全半径。在一个实施例中，可以将所述距离的最小值rmin设为所述安全半径的最大值，在另一个实施例中，也可以将一个小于rmin的数值设为所述安全半径的最大值。所述安全半径的最小值可以根据机械臂底座的尺寸来计算。在一个实施例中，可以将所述机械臂底座各点与机械臂底座中心点的距离的最大值rmax设为所述安全半径的最小值，在另一个实施例中，也可以将一个大于rmax的数值设为所述安全半径的最小值。由于机械臂的工具爪有一定尺寸，因此，机械臂的实际工作半径可根据以下方式计算：WRmax＝Rmax-d；WRmin＝Rmin+d；其中，d为所述机械臂的工具爪的尺寸。S2，根据所述工具爪的起始位置和所述实际工作半径计算机械臂运动的第一中间点位置，根据所述工具爪的目标位置和所述实际工作半径计算机械臂运动的第二中间点位置；在一个实施例中，计算机械臂运动的第一中间点位置时，可以获取第一直线与所述实际工作半径对应的圆形区域的第一交点；其中，所述第一直线是所述起始位置与所述机械臂的底座的中心点所连成的直线；将其中一个第一交点所在的位置设为所述中间点位置。优选地，所述第一交点可以是所述第一直线与所述实际工作半径对应的圆的交点，如图5所示。在图5中，A’为所述交点，也即所述中间点。计算机械臂运动的第二中间点位置时，可以获取第二直线与所述实际工作半径对应的圆形区域的第二交点；其中，所述第二直线是所述目标位置与所述机械臂的底座的中心点所连成的直线；将其中一个第二交点所在的位置设为所述中间点位置。优选地，所述第二交点可以是所述第二直线与所述实际工作半径对应的圆的交点，如图5所示。在图5中，B’为所述交点，也即所述中间点。如果建立了三维坐标系，可以获取所述第一中间点和第二中间点在所述三维坐标系中的坐标，并保存。在一个实施例中，由于机械臂本身的机械参数对机械臂的限制，如果机械臂保持当前姿态可能无法运动到目标位置，此时，在机械臂从起始位置运动到目标位置的过程中需要更换左右手姿态。机械臂更换左右手姿态时，需要将整个机械臂完全伸直，需要的空间最大，换手点处理不好即会撞机。因此，除了所述第一中间点位置和第二中间点位置之外，可能还需要在机械臂的运动路径中设置换手点位置。所述换手点位置可以设置在换手区域内，换手区域即障碍物与机械臂底座的中心点之间的距离大于所述机械臂的最大长度的区域。即，若所述工具爪的目标位置不在所述机械臂当前姿态的运动范围内，可在换手区域中选取至少一点作为换手点，获取换手点位置；其中，所述换手区域是障碍物与机械臂底座的中心点之间的距离大于所述机械臂的最大长度的区域。所述最大长度即机械臂完全伸直时的长度。换手区域如图5所示，图中的C1和C2为换手点，在实际情况下，换手点的数量也可以是1或者其他数量。其中，在判断机械臂保持当前姿态是否可以到达目标位置时，可读取机械臂的机械参数，并根据所述机械参数计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械臂运动路径生成方法，其特征在于，包括以下步骤：获取机械臂周围的障碍物的分布位置，根据所述分布位置计算机械臂运动的安全半径，根据所述安全半径和机械臂的工具爪的尺寸计算机械臂的实际工作半径；根据所述工具爪的起始位置和所述实际工作半径计算机械臂运动的第一中间点位置，根据所述工具爪的目标位置和所述实际工作半径计算机械臂运动的第二中间点位置；若所述工具爪的目标位置在所述机械臂当前姿态的运动范围内，根据所述起始位置、第一中间点位置、第二中间点位置和目标位置生成机械臂的运动路径。

【技术特征摘要】
1.一种机械臂运动路径生成方法，其特征在于，包括以下步骤：获取机械臂周围的障碍物的分布位置，根据所述分布位置计算机械臂运动的安全半径，根据所述安全半径和机械臂的工具爪的尺寸计算机械臂的实际工作半径；根据所述工具爪的起始位置和所述实际工作半径计算机械臂运动的第一中间点位置，根据所述工具爪的目标位置和所述实际工作半径计算机械臂运动的第二中间点位置；若所述工具爪的目标位置在所述机械臂当前姿态的运动范围内，根据所述起始位置、第一中间点位置、第二中间点位置和目标位置生成机械臂的运动路径。2.根据权利要求1所述的机械臂运动路径生成方法，其特征在于，还包括以下步骤：若所述工具爪的目标位置不在所述机械臂当前姿态的运动范围内，在换手区域中选取至少一点作为换手点，获取换手点位置；其中，所述换手区域是障碍物与机械臂底座的中心点之间的距离大于所述机械臂的最大长度的区域；根据所述起始位置、第一中间点位置和换手点位置生成机械臂当前姿态的运动路径，并根据所述换手点位置、第二中间点位置和目标位置生成机械臂切换姿态后的运动路径。3.根据权利要求1所述的机械臂运动路径生成方法，其特征在于，根据所述起始位置、第一中间点位置、第二中间点位置和目标位置生成机械臂的运动路径的步骤包括：计算所述起始位置对应的第一安全高度位置；其中，所述第一安全高度位置是在所述起始位置正上方，且与所述起始位置的垂直高度大于或等于预设的高度值的位置；根据所述起始位置、第一安全高度位置、第一中间点位置、第二中间点位置和目标位置生成机械臂的运动路径。4.根据权利要求3所述的机械臂运动路径生成方法，其特征在于，根据所述障碍物分布计算机械臂运动的安全半径的步骤包括：根据所述第一安全高度位置和所述障碍物分布计算机械臂运动的安全半径。5.根据权利要求3所述的机械臂运动路径生成方法，其特征在于，根据所述起始位置、第一安全高度位置、第一中间点位置、第二中间点位置和目标位置生成机械臂的运动路径的步骤还包括：计算所述目标位置对应的第二安全高度位置；其中，所述第二安全高度位置是在所述目标位置正上方，且与所述目标位置的垂直高度大于或等于所述预设的高度值的位置；根据所述起始位置、第一安全高度位置、第一中间点位置、第二安全高度位置、第二中间点位置和目标位置生成机械臂的运动路径。6.根据权利要求1所述的机械臂运动路径生成方法，其特征在于，根据所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志强，
申请(专利权)人：广州视源电子科技股份有限公司，广州镭晨自动控制科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44