多轴机械手臂系统及其路径规划方法技术方案

本发明专利技术提供一种多轴机械手臂系统及其路径规划方法，多轴机械手臂系统具有多轴机械手臂及处理单元。处理单元依据起始姿态信息、起始位置、目标姿态信息及目标位置，计算前轴单元由起始位置至目标位置的最佳路径数据及最佳姿态数据。处理单元会依据最佳路径数据及最佳姿态数据，计算后轴单元由起始位置至目标位置的第二姿态数据及相应的第二路径数据。处理单元还整合最佳姿态数据及该第二姿态数据，以及最佳路径数据及第二路径数据，以产生多轴机械手臂的工作路径。

【技术实现步骤摘要】
多轴机械手臂系统及其路径规划方法
本专利技术涉及一种路径规划技术，尤其涉及一种多轴机械手臂系统及其路径规划方法。
技术介绍
在自动化的趋势下，机械手臂已实际被应用在自动化工艺、仓储管理等产业之中。特别是，多轴机械手臂的自由度高，能够在空间中自由的移动，更是工业机器人领域中的潮流。为了维持机械手臂的移动效率，同时维持厂房的安全，路径规划是很重要的一环。然而，在自由度高的特性之下，相对地也会让路径规划的过程变得复杂。基此，如何能够提供路径规划的同时，也提供更有效率的路径规划流程为本领域技术人员所致力的课题。
技术实现思路
本专利技术提供一种多轴机械手臂系统及其路径规划方法，以提供更有效率的路径规划流程。本专利技术的一实施例提供多轴机械手臂系统，此系统具有多轴机械手臂以及处理单元。多轴机械手臂具有至少一个前轴单元、至少一个后轴单元以及控制单元。处理单元电性连接至多轴机械手臂，处理单元依据起始姿态信息、起始位置、目标姿态信息及目标位置，计算前轴单元由起始位置至目标位置的最佳路径数据及相应的最佳姿态数据。处理单元会依据最佳路径数据及最佳姿态数据，计算后轴单元由起始位置至目标位置的第二姿态数据及相应的第二路径数据。处理单元还分别整合最佳姿态数据及第二姿态数据，以及最佳路径数据及第二路径数据，以产生多轴机械手臂的一工作路径。本专利技术的一实施例提供一种多轴机械手臂路径规划方法，具有下列步骤。依据一起始姿态信息、一起始位置、一目标姿态信息及一目标位置，获取多轴机械手臂的至少一个前轴单元由起始位置至目标位置的最佳路径数据及最佳姿态数据；依据最佳路径数据及最佳姿态数据，获取多轴机械手臂的至少一个后轴单元由起始位置至目标位置的第二姿态数据及第二路径数据；以及整合最佳姿态数据、第二姿态数据、最佳路径数据及第二路径数据，以产生多轴机械手臂的一工作路径。基于上述，本专利技术的多轴机械手臂系统以及多轴机械手臂路径规划方法会分别依据机械手臂的前轴单元以及后轴单元分别计算最佳路径。由于每次需要进行路径规划的轴单元自由度减少，因此能够有效的降低路径规划的复杂性，加快路径规划的速度。于此同时，多轴机械手臂系统以及多轴机械手臂路径规划方法所获取的路径是依据前轴单元的最佳路径以及后轴单元的最佳路径所组成。基此，而在路径规划的速度与最佳路径之间取得权衡。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1示出本专利技术一实施例多轴机械手臂系统的系统示意图。图2示出本专利技术一实施例多轴机械手臂路径规划方法的流程示意图。图3示出本专利技术一实施例虚拟空间的示意图。图4示出本专利技术一实施例位形空间的示意图。附图标号说明：100：基座110：多轴机械手臂113～115：前轴单元116～118：后轴单元120：处理单元S210～S230：步骤S：起始位置D：目标位置具体实施方式图1示出本专利技术一实施例多轴机械手臂系统的系统示意图。请参照图1，本专利技术的多轴机械手臂系统具有一基座100、一多轴机械手臂110以及一处理单元120。多轴机械手臂110具有至少一前轴单元、至少一后轴单元与一控制单元。至少一前轴单元连接至基座100、至少一后轴单元以及控制单元。在本专利技术的实施例中，多轴机械手臂110具有多个轴单元(joint)113～118、以及安设在机械手臂内部的控制单元(未显示)。并且，多轴机械手臂110是串联式机械手臂，也就是说，每一个轴单元都会在一个轴向上位移、旋转，并带动其他轴一起移动。在下述的描述中，轴单元在逻辑上会被区分为前轴单元及后轴单元，并且在路径规划时，会分别规划前轴单元与后轴单元的路径。以图1实施例为例，设在基座100内侧的轴单元113以及靠近基座的轴单元114～115视为前轴单元，远离基座的轴单元116～118为后轴单元。前轴单元113～115及后轴单元116～118的区分会依据实际路径规划的设计而有所调整。惟需注意的是，在本专利技术的一实施例中，路径规划会采用位形空间(ConfigurationSpace)估算机械手臂在空间中的动作范围和情形。因此，在本专利技术实施例中，前轴单元的数量为三个，使前轴单元能够在位形空间转换并进行分析，但不以此为限。控制单元电性连接至前轴单元113～115及后轴单元116～118，用以接收控制信号，以控制多轴机械手臂110在各轴向的移动。控制单元可以采用任意型号的控制芯片进行实作，本专利技术不限于此。在本专利技术的实施例中，多轴机器手臂110是由基座100所支撑的。轴单元113～118设置在基座100上，用以通过自身的移动而使多轴机械手臂110在各轴向旋转、位移。并且，每一个轴单元113～118分别在不同的轴向运动。在本专利技术的实施例中，每一个轴单元113～118分别以一个马达所实现。处理单元120电性连接至多轴机械手臂110，用以执行各类逻辑运算，并进行路径规划。处理单元120例如为，中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)或其他类似元件或上述元件的组合，本专利技术不限于此。图2示出本专利技术一实施例多轴机械手臂路径规划方法的流程示意图。图2的实施例至少适用于图1实施例所示出的多轴机械手臂系统。因此，以下将通过图1与图2说明以多轴机械手臂系统运行多轴机械手臂路径规划方法的过程。在运行机械手臂路径规划方法时，操作人员会选择机械手臂的目标位置及姿态。在步骤S210，处理单元120依据起始姿态信息、起始位置、目标姿态信息及目标位置，计算前轴单元113～115由起始位置至目标位置的最佳路径数据及相应的最佳姿态数据。具体来说，在本专利技术的一实施例中，由于起始位置、起始姿态信息、目标位置以及目标姿态信息皆为已知。也就是说，每一个前轴单元113～115的具体起始位置以及最终位置为已知的。基此，处理单元120能够依据已知的起始位置及目标位置安排在空间中的路径。在本专利技术的一实施例中，处理单元120是依据一路径搜寻法，例如A*搜寻算法、D*搜寻算法或戴克斯特拉算法(Dijkstra’salgorithm)，藉此以搜寻至少一个计算前轴单元113～115由起始位置至目标位置的最佳姿态数据，以及相应的最佳路径数据。举例来说，倘若前轴单元113～115的起始位置被设置为(0,0,0)，目标位置被设置为(-70,-30,20)，则处理单元120获取前轴单元113～115的最佳目标位置以及最佳目标姿态的路径例如为表一：需说明的是，在本实施例中，最佳路径、最佳姿态所述的“最佳”是在处理单元120所运行的方式下所产生最佳的路径与最佳姿态。举例来说，A*搜寻算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多轴机械手臂系统，包括：/n一多轴机械手臂，具有至少一前轴单元、至少一后轴单元与控制单元；以及/n一处理单元，电性连接至所述多轴机械手臂，依据一起始姿态信息、一起始位置、一目标姿态信息及一目标位置，获取所述前轴单元由所述起始位置至所述目标位置的最佳路径数据及最佳姿态数据；/n其中所述处理单元依据所述最佳路径数据及所述最佳姿态数据，获取所述后轴单元由所述起始位置至所述目标位置的一第二姿态数据及第二路径数据，/n所述处理单元整合所述最佳姿态数据、所述第二姿态数据、所述最佳路径数据及所述第二路径数据，以产生所述多轴机械手臂的一工作路径。/n

【技术特征摘要】
20190715 TW 1081249561.一种多轴机械手臂系统，包括：
一多轴机械手臂，具有至少一前轴单元、至少一后轴单元与控制单元；以及
一处理单元，电性连接至所述多轴机械手臂，依据一起始姿态信息、一起始位置、一目标姿态信息及一目标位置，获取所述前轴单元由所述起始位置至所述目标位置的最佳路径数据及最佳姿态数据；
其中所述处理单元依据所述最佳路径数据及所述最佳姿态数据，获取所述后轴单元由所述起始位置至所述目标位置的一第二姿态数据及第二路径数据，
所述处理单元整合所述最佳姿态数据、所述第二姿态数据、所述最佳路径数据及所述第二路径数据，以产生所述多轴机械手臂的一工作路径。


2.根据权利要求1所述的多轴机械手臂系统，其中，
所述处理单元依据一环境图像信息建立一位形空间，并在所述位形空间中产生所述前轴单元前轴路径信息与前轴姿态信息。


3.根据权利要求2所述的多轴机械手臂系统，其中，
所述处理单元通过一路径搜寻法，自所述前轴路径信息与前轴姿态信息中，获得所述最佳路径数据及对应的所述最佳姿态数据。


4.根据权利要求3所述的多轴机械手臂系统，其中，
所述路径搜寻法包括A*搜寻算法、D*搜寻算法或戴克斯特拉算法，藉以所述处理单元计算所述前轴单元的所述最佳路径数据及对应的所述最佳姿态数据。


5.根据权利要求1所述的多轴机械手臂系统，还包括，
一基座，且所述前轴单元连接至所述基...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄孝维，刘轩，
申请(专利权)人：由田新技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71