工业机器人的空间轨迹过渡方法、系统及机器人技术方案

本发明专利技术适用于机器人技术领域，提供了一种工业机器人的空间轨迹过渡方法、系统及机器人，包括：根据直线运动轨迹、圆弧曲线运动轨迹、过渡归一化参数构建过渡区域曲线；根据弓高误差和最大加速度计算过渡区域曲线的边界速度；根据边界速度对过渡区域曲线进行优化，并基于过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据位置信息进行运动。通过构建过渡区域曲线，并对边界速度进行限制，实现过渡轨迹在低速及高速的情况下保持一致；由于过渡区域的轨迹速度是根据弓高误差和最大加速度来确定的，能够保证过渡的速度在允许的范围内，并且实现过渡轨迹与原轨迹在衔接处曲率连续变化，实现平滑过渡。

Space Trajectory Transition Method, System and Robot of Industrial Robot

The invention is applicable to the field of robotics, and provides a space trajectory transition method, system and robot for industrial robots, including: constructing transition region curve according to linear trajectory, arc curve trajectory and transition normalized parameters; calculating boundary velocity of transition region curve according to bow height error and maximum acceleration; and curving transition region curve according to boundary velocity. The line is optimized, and the position information of each interpolation period in the transition region is obtained based on the curve of the transition region. The robot is controlled to move according to the position information. By constructing transition region curve and restricting boundary velocity, the transition trajectory can be kept consistent at low speed and high speed. Because the trajectory velocity of transition region is determined by bow height error and maximum acceleration, the transition velocity can be guaranteed within the allowable range, and the curvature of transition trajectory and original trajectory can be changed continuously at the junction to achieve smoothness. Transition.

【技术实现步骤摘要】
工业机器人的空间轨迹过渡方法、系统及机器人
本专利技术属于机器人
，尤其涉及一种工业机器人的空间轨迹过渡方法、系统及机器人。
技术介绍
工业机器人在其工作空间内的运动由用户输入的多条运动指令产生的各个轨迹组合而成。每一条运动指令生成的轨迹(如直线运动轨迹和圆弧运动轨迹都是平滑的，但是在各个轨迹的连接处由于速度变化，则会出现突变，导致出现剧烈的抖动。为了尽量减少突变，通常通过构建过渡曲线来实现过渡，通过将过渡轨迹与原轨迹进行衔接，来减少突变量。目前构建过渡曲线的方法包括：通过规划时间作为过渡参数，将过渡曲线通过前后两段轨迹的矢量叠加来构建过渡曲线；或者通过规划距离作为过渡参数，通过圆弧或抛物线来构造过渡曲线。而矢量叠加的方法实现过渡，会存在过渡轨迹的形状在高低速下不一致的情况，且可能导致过渡速度超过限制速度，导致无法平滑过渡。而通过圆弧或抛物线等构造过渡曲线则无法保证原轨迹与过渡轨迹的曲率的连续性，导致衔接处的加速度突变，而无法平滑过渡。综上所述，目前工业机器人的空间轨迹的过渡方法上存在无法平滑过渡的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种工业机器人的空间轨迹过渡方法、系统及机器人，以解决目前工业机器人的空间轨迹的过渡方法上存在无法平滑过渡的问题。本专利技术的第一方面提供了一种工业机器人的空间轨迹过渡方法，包括：根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化；根据预设过渡距离计算过渡归一化参数；根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线；根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度；根据所述边界速度对所述过渡区域曲线进行优化，并基于所述过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据所述位置信息进行运动。本专利技术的第二方面提供了一种工业机器的空间过渡系统，包括：参数化模块，用于根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化；归一化模块，用于根据预设过渡距离计算过渡归一化参数；构建模块，用于根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线；边界速度确定模块，用于根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度；运动控制模块，用于根据所述边界速度对所述过渡区域曲线进行优化，并基于所述过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据所述位置信息进行运动。本专利技术的第三方面提供了一种机器人，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化；根据预设过渡距离计算过渡归一化参数；根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线；根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度；根据所述边界速度对所述过渡区域曲线进行优化，并基于所述过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据所述位置信息进行运动。本专利技术的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化；根据预设过渡距离计算过渡归一化参数；根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线；根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度；根据所述边界速度对所述过渡区域曲线进行优化，并基于所述过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据所述位置信息进行运动。本专利技术提供的一种工业机器人的空间轨迹过渡方法、系统及机器人，通过构建过渡区域曲线，并对边界速度进行限制，根据边界速度优化过渡曲线，实现过渡轨迹在低速及高速的情况下保持一致；由于过渡区域的轨迹速度是根据弓高误差和最大加速度来确定的，能够保证过渡的速度在允许的范围内，并且实现过渡轨迹与原轨迹在衔接处曲率连续变化，实现平滑过渡。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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一提供的一种工业机器人的空间轨迹过渡方法的实现流程示意图；图2是根据本专利技术实施例一提供的工业机器人的空间轨迹过渡方法中构建的连续的过渡区域曲线的示意图；图3是本专利技术实施例二提供的对应实施例一步骤S102的实现流程示意图；图4是本专利技术实施例三提供的对应实施例一步骤S104的实现流程示意图；图5是本专利技术实施例四提供的一种工业机器人的空间轨迹控制系统的结构示意图；图6是本专利技术实施例五提供的对应实施例四中归一化模块102的结构示意图；图7是本专利技术实施例六提供的对应实施例四中边界速度确定模块104的结构示意图；图8是本专利技术实施例九提供的机器人的示意图。具体实施方式以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、系统、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。实施例一：如图1所示，本实施例提供了一种工业机器人的空间轨迹过渡方法，其具体包括：步骤S101：根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化。在具体应用中，通过对相邻两条运动指令，并对其进行参数化，即对运动指令相应的运动轨迹进行参数化。上述运动轨迹包括直线运动轨迹和圆弧运动轨迹。在具体应用中，对直线运动轨迹进行参数化，参数方程为：f(s)＝pstart+s·(pend-pstart)；其中，s∈[0,1]为归一化参数，pstart和pend分别为直线的起点和终点。在具体应用中，对圆弧运动轨迹进行参数化，参数方程为：其中，s∈[0,1]为归一化参数，为空间转换矢量，rc为圆弧半径，pc为圆弧圆心坐标。空间转换矢量的具体表达式为：其中，和为圆弧运动轨迹的起点处切向量和终点处切向量，θ为圆弧总圆心角。步骤S102：根据预设过渡距离计算过渡归一化参数。在具体应用中，通过给定预设过渡距离dz，根据预设过渡距离dz计算相邻两条运动轨迹的参数方程在过渡区域的过渡归一化参数。其中，预设过渡距离可以根据实际应用进行设置，在此不加以限制。在具体应用中，计算直线运动轨迹在进入过渡区域的第一过渡归一化参数值和直线运动轨迹在离开过渡区域的第二过渡归一化参数值。再计算圆弧运动轨迹在进入过渡区域的第三过渡归一化参数值和圆弧运动轨迹在离开过渡区域的第四过渡归一化参数值。判断上述第一过渡归一化参数值、第二过渡归一化参数值、第三过渡归一化参数值、第四过渡归一化参数值是否超出原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业机器人的空间轨迹过渡方法，其特征在于，包括：根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化；根据预设过渡距离计算过渡归一化参数；根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线；根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度；根据所述边界速度对所述过渡区域曲线进行优化，并基于所述过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据所述位置信息进行运动。

【技术特征摘要】
1.一种工业机器人的空间轨迹过渡方法，其特征在于，包括：根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化；根据预设过渡距离计算过渡归一化参数；根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线；根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度；根据所述边界速度对所述过渡区域曲线进行优化，并基于所述过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据所述位置信息进行运动。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化，参数方程为：f(s)＝pstart+s·(pend-pstart)；其中，s∈[0,1]为归一化参数，pstart和pend分别为直线的起点和终点；对圆弧运动轨迹进行参数化，参数方程为：其中，s∈[0,1]为归一化参数，为空间转换矢量，rc为圆弧半径，pc为圆弧圆心坐标；的具体表达式为：其中，和为圆弧运动轨迹的起点处切向量和终点处切向量，θ为圆弧总圆心角。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设过渡距离计算过渡归一化参数，包括：获取预设过渡距离，根据所述预设过渡距离计算直线运动轨迹在进入过渡区域的第一过渡归一化参数值及离开过渡区域的第二过渡归一化参数值；根据所述预设过渡距离计算圆弧运动轨迹进入过渡区域的第三过渡归一化参数值和离开过渡区域的第四过渡归一化参数值；判断所述第一过渡归一化参数值、第二过渡归一化参数值、第三过渡归一化参数值以及第四过渡归一化参数值是否满足预设条件；若满足预设条件，则对所述第一过渡归一化参数值、第二过渡归一化参数值、第三过渡归一化参数值以及第四过渡归一化参数值进行截断。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述根据所述预设过渡距离计算直线运动轨迹在进入过渡区域的第一过渡归一化参数值的计算公式为：其中，dz为预设过渡距离，L1为进入过渡区域的直线运动轨迹的总长度；所述根据所述预设过渡距离计算直线运动轨迹离开过渡区域的第二过渡归一化参数值的计算公式为：其中，L2为离开过渡区域的直线运动轨迹的总长度；所述根据所述预设过渡距离计算圆弧运动轨迹进入过渡区域的第三过渡归一化参数值的计算公式为：其中，θ1为进入过渡区域的圆弧运动轨迹的总圆心角，rc1为圆弧运动轨迹的半径；所述根据所述预设过渡距离计算圆弧运动轨迹离开过渡区域的第四过渡归一化参数值的计算公式为其中，θ2为离开过渡区域的圆弧运动轨迹的总圆心角，rc2为圆弧运动轨迹的半径。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线，包括：采用5次贝塞尔曲线构建所述过渡区域曲线，上述过渡区域曲线的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林炯辉，朗需林，刘培超，曹林攀，林俊凯，
申请(专利权)人：深圳市越疆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44