一种用于焊接机器人的碰撞检测方法技术

本发明专利技术提供一种用于焊接机器人的碰撞检测方法，包括：对焊接机器人的焊接路径进行路径优化；根据优化后的焊接路径，确定工件与焊接机器人最容易发生碰撞的工件区域；根据上述所确定的工件区域，进一步确定工件与焊接机器人发生碰撞的具体区域；以及根据所确定的具体区域，对焊接机器人进行轨迹规划。相比于现有技术，本发明专利技术可以为焊接机器人在进行轨迹规划之前提供一种效率较高的分级碰撞检测方法，以便实现焊接机器人的自动避障，为机器人的操作轨迹优化奠定坚实的基础。

A collision detection method for welding robot

The invention provides a collision detection method for welding robot, which includes: optimizing the welding path of the welding robot, determining the workpiece area which is most likely to collide with the welding robot according to the optimized welding path, and further determine the workpiece and welding according to the workpiece area determined above. The specific area where the robot collides and the trajectory planning of the welding robot are determined according to the specific area determined. Compared with the existing technology, the invention can provide a high efficient collision detection method for the welding robot before the trajectory planning, in order to realize the automatic obstacle avoidance of the welding robot and lay a solid foundation for the optimization of the robot's operating trajectory.

【技术实现步骤摘要】
一种用于焊接机器人的碰撞检测方法
本专利技术涉及工业机器人和焊接领域，尤其涉及一种用于焊接机器人的碰撞检测方法。
技术介绍
机器人是自动执行工作的机器装置，它的任务是协助或取代人类在诸如生产业、建筑业，或是危险领域的工作。从某种意义上讲，机器人是高度整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物，其在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域均有重要用途。在焊接技术中，焊接机器人是一种能够完成自动焊接操作的工业机器人，一般采用多个关节的机械手臂，以实现工作空间内任意位置和姿态移动。近年来，焊接机器人广泛应用于焊接作业中不断重复、单调的长时间作业场景或高危恶劣环境的焊接作业场景，具有高生产率、高质量和高稳定性等特点。具体而言，在实际焊接过程中，焊接机器人被要求能够快速、准确地完成如白车身焊接的复杂任务。因此，对机器人的路径优化和轨迹规划的研究必不可少。此外，在机器人路径和轨迹规划中，碰撞检测关乎安全生产，是工业机器人作业规划中首要关注的因素。合理的碰撞检测策略在实现机器人安全生产的同时可提高生产效率。
技术实现思路
针对现有技术中的焊接机器人所存在的上述缺陷，本专利技术提供了一种用于焊接机器人的碰撞检测方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于焊接机器人的碰撞检测方法，包括以下步骤：步骤a、对所述焊接机器人的焊接路径进行路径优化；步骤b、根据优化后的所述焊接机器人的焊接路径，确定工件与所述焊接机器人最容易发生碰撞的工件区域；步骤c、根据上述步骤b所确定的工件区域，进一步确定所述工件与所述焊接机器人发生碰撞的具体区域；以及步骤d、根据上述步骤c所确定的具体区域，对所述焊接机器人进行轨迹规划。在其中的一实施例，上述步骤b采用空间层次划分法对所述焊接机器人进行粗略碰撞检测。在其中的一实施例，所述工件是由若干三角形组成的几何图形，上述步骤b包括：将所述工件划分为五个不同的区域，分别计算所述焊接机器人各个关节的中心轴线与这五个不同的区域所在的平面的距离，选择距离最短的区域作为所述工件与所述焊接机器人最容易发生碰撞的工件区域。在其中的一实施例，上述步骤c采用几何法对所述焊接机器人进行精确碰撞检测。在其中的一实施例，上述步骤c包括：计算所述焊接机器人各个关节到所述工件与所述焊接机器人最容易发生碰撞的工件区域的边缘线的距离。在其中的一实施例，所述焊接机器人的简化模型的几何体为球或半球时，上述距离中的最短距离为球心到所述工件与所述焊接机器人最容易发生碰撞的工件区域的边缘线的距离最小值。在其中的一实施例，所述焊接机器人的简化模型的几何体为圆柱时，上述距离的最短距离为圆柱的轴心线到所述工件与所述焊接机器人最容易发生碰撞的工件区域的边缘线的距离最小值。在其中的一实施例，所述焊接机器人在焊接时分别摆放在所述工件的两侧。采用本专利技术的用于焊接机器人的碰撞检测方法，首先对焊接机器人的焊接路径进行路径优化，接着根据优化后的焊接路径从而确定工件与焊接机器人最容易发生碰撞的工件区域，然后根据上述最容易发生碰撞的工件区域来进一步确定工件与焊接机器人发生碰撞的具体区域，最后利用所确定的具体区域对焊接机器人进行轨迹规划。相比于现有技术，本专利技术可以为焊接机器人在进行轨迹规划之前提供一种效率较高的碰撞检测方法，实现焊接机器人的自动避障，为机器人的操作轨迹优化奠定坚实的基础。附图说明读者在参照附图阅读了本专利技术的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本专利技术的各个方面。其中，图1示出依据本专利技术的一具体实施例，用于焊接机器人的碰撞检测方法的流程框图；图2示出图1的碰撞检测方法中，采用空间层次划分法对工件进行区域划分从而实现粗略碰撞检测的示意图；图3示出根据图2所确定的工件与焊接机器人最容易发生碰撞的工件区域的示意图；图4示出根据图3的最容易发生碰撞的工件区域的平面边缘线的示意图；图5A和图5B示出现有技术采用包围球法对工件进行精细碰撞检测以确定工件与焊接机器人发生碰撞的具体区域的示意图；图6示出现有技术采用人工势场法对工件进行精细碰撞检测以确定工件与焊接机器人发生碰撞的具体区域的示意图；图7示出在本专利技术的一实施例中，焊接机器人的简化模型的几何体为球或半球时，球心到工件与焊接机器人最容易发生碰撞的工件区域的边缘线的距离示意图；以及图8示出在本专利技术的一实施例中，焊接机器人的简化模型的几何体为圆柱时，圆柱的轴心线到工件与焊接机器人最容易发生碰撞的工件区域的边缘线的距离示意图。具体实施方式为了使本申请所揭示的
技术实现思路
更加详尽与完备，可参照附图以及本专利技术的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本专利技术所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。下面参照附图，对本专利技术各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。图1示出依据本专利技术的一具体实施例，用于焊接机器人的碰撞检测方法的流程框图，图2示出图1的碰撞检测方法中，采用空间层次划分法对工件进行区域划分从而实现粗略碰撞检测的示意图，图3示出根据图2所确定的工件与焊接机器人最容易发生碰撞的工件区域的示意图。参照图1，在该实施例中，本专利技术用于焊接机器人的碰撞检测方法包括步骤a～步骤d。具体而言，在步骤a中，首先对焊接机器人的焊接路径进行路径优化。接着，于步骤b，根据优化后的焊接机器人的焊接路径，确定工件与焊接机器人最容易发生碰撞的工件区域。在步骤c中，根据上述步骤b所确定的工件区域，进一步确定工件与焊接机器人发生碰撞的具体区域。最后，在步骤d中，根据上述步骤c所确定的具体区域，对焊接机器人进行轨迹规划。由上述可知，相比于现有技术，本专利技术可以为焊接机器人在进行轨迹规划之前提供一种效率较高的分级碰撞检测方法，先对工件进行区域划分以确定最容易发生碰撞的工件区域(即，实现粗略碰撞检测)，然后再利用几何法来确定工件与焊接机器人发生碰撞的具体区域。因此，本专利技术可实现焊接机器人的自动避障，为机器人的操作轨迹优化奠定坚实的基础。在焊接机器人的碰撞检测领域，尤其是粗略检测阶段，包围体技术是碰撞检测常用的加速方法之一——通过利用比原物体稍大、具备一定计算优势的简单形体，如轴向包围体(AABB)、方向包围体(OBB)、线扫掠体(LSS)、矩形扫掠体(RSS)、凸体等包围原物体，通过包围体的扫掠和裁剪等简单操作快速剔除明显不碰撞的物体。空间划分法是粗略检测阶段的另一种常用方法——其依据某种规则将空间划分成小网格单元，检测碰撞只需查询同一个网格单元或相邻网格单元内对象的相交情况。要获取最终待检测的物体对，与包围体层次树相似，可采用空间层次划分技术将相交区域子空间继续分割。然而，考虑到工件模型是由若干三角形组成的几何图形，若采用包围法划分工件区域，只能将工件区域大致分为两部分，导致区域划分过于粗略，不能较为准确的判断出哪个平面与焊接机器人之间的距离最近。因此，本专利技术采用空间层次划分法对工件划分，进行粗略碰撞检测，工件区域划分情况如图2所示，该实施例将工件划分为五个不同的区域，例如，第一区域对应三角形A1A2A3以及三角形A2A3A4各自所围成的空间；第二区域对应三角形A3A4A5以及三角形A3A5A6各自所围成的空间；第三区域对应三角形A3A7A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于焊接机器人的碰撞检测方法，其特征在于，该碰撞检测方法包括以下步骤：步骤a、对所述焊接机器人的焊接路径进行路径优化；步骤b、根据优化后的所述焊接机器人的焊接路径，确定工件与所述焊接机器人最容易发生碰撞的工件区域；步骤c、根据上述步骤b所确定的工件区域，进一步确定所述工件与所述焊接机器人发生碰撞的具体区域；以及步骤d、根据上述步骤c所确定的具体区域，对所述焊接机器人进行轨迹规划。

【技术特征摘要】
1.一种用于焊接机器人的碰撞检测方法，其特征在于，该碰撞检测方法包括以下步骤：步骤a、对所述焊接机器人的焊接路径进行路径优化；步骤b、根据优化后的所述焊接机器人的焊接路径，确定工件与所述焊接机器人最容易发生碰撞的工件区域；步骤c、根据上述步骤b所确定的工件区域，进一步确定所述工件与所述焊接机器人发生碰撞的具体区域；以及步骤d、根据上述步骤c所确定的具体区域，对所述焊接机器人进行轨迹规划。2.根据权利要求1所述的碰撞检测方法，其特征在于，上述步骤b采用空间层次划分法对所述焊接机器人进行粗略碰撞检测。3.根据权利要求2所述的碰撞检测方法，其特征在于，所述工件是由若干三角形组成的几何图形，上述步骤b包括：将所述工件划分为五个不同的区域，分别计算所述焊接机器人各个关节的中心轴线与这五个不同的区域所在的平面的距离，选择距离最短的区域作为所述工件与所述焊接机器人最容易发...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学武，汤彬，顾幸生，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31