机器人路径规划有效性的检测方法、检测装置及计算机可读存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种机器人路径规划有效性的检测方法、检测装置及计算机可读存储介质，属于机器人运动控制技术领域。本申请实施例所述机器人路径规划有效性的检测方法通过计算机械臂的运动路径，并通过核心算法重构关节系列，对特征值进行高斯平滑优化；重构近似矩阵，然后计算关节系列矩阵与近似矩阵之间的距离，并根据距离与距离阈值进行比较判断确定路径的有效性。本申请实施例所述方法能够在不需要任何监督数据及离线的情况下，高效和精确的判断出运动路径的有效性，从而为机械臂焊接时给出精确的运动路径提供稳定的核心支持，且简单快捷。

【技术实现步骤摘要】
机器人路径规划有效性的检测方法、检测装置及计算机可读存储介质
本专利技术涉及机器人运动控制
，尤其涉及一种机器人路径规划有效性的检测方法、检测装置及计算机可读存储介质。
技术介绍
运动路径规划是工业机器人中常见的技术，随着技术发展，其应用越来越广泛，成为了工业机器人必备的基础功能。而随着3D视觉的快速发展和成熟，3D视觉引导技术在工业机器人中有着密切的配合。例如通过3D视觉识别物体后，并估计出机器人运动的轨迹，而通常是通过在线的方式验证运动路径的可行性，不能通过离线的方式进行真实的运动路径仿真，然而，这样会导致机器人无法避开障碍物，从而产生碰撞的危险。现有工业机器人的仿真通常需要原厂深入合作后才能开放相关的功能，而对于广泛通过视觉技术实现离线仿真是极其困难的，而通常的现有做法是给出仿真的路径后，通常需要在在线的方式试跑若干次，保证路径的安全性和正确性后，方可执行自动模型下的轨迹运动。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种机器人路径规划有效性的检测方法、检测装置及计算机可读存储介质，旨在能解决现有无法实现离线情况下进行真实的运动路径仿真的问题，本申请能够在离线情况下，快速和精确地验证运动路径的有效性。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术的第一方面提供一种机器人路径规划有效性的检测方法，包括如下步骤：计算机械臂的运动路径；重构机械臂的关节序列；对特征值进行高斯平滑优化；重构近似矩阵；计算关节系列矩阵与近似矩阵之间的距离，并根据矩阵之间的距离与距离阈值的比较结果判断确定路径的有效性。在一些实施例中，所述重构机械臂的关节序列包括：将关节集合φ＝{φ0,φ1,...,φN}，写成矩阵形式，即计算核矩阵KND的平均向量并均值化计算协方差矩阵，且进行特征分解，其中，V-1表示特征矩阵，每列表示特征向量，∑表示对角矩阵矩阵其对角元素为特征值，T表示矩阵转置操作；N表示样本数，D表示机器人的关节数量；重构每个焊枪末端姿态的反解关节为其中λnd表示第n个姿态下的第d个特征值。在一些实施例中，所述对特征值进行高斯平滑优化包括：优化所有特征向量对应的第d个特征值构成的n个值λd＝[λ0d,λ1d,…,λnd]，λnd表示第n个样本的第d个特征值，λd＝[λ0d,λ1d,…,λnd]得到新的其中平滑后的特征向量中的每个元素为实数，具体地，利用高斯过程对λd进行平滑，每个元素λnd平滑后的结果为：其中，K(d,·)为行向量[k(d,0),k(d,1),…k(d,D)]，K(·,·)为N×N的核矩阵，λd为列向量，λd＝[λ0d,λ1d,…,λnd]T，I表示D×D的单位矩阵，(·)-1表示矩阵的逆，函数k(r·p)定义为r和p分别表示第r个样本特征向量和第p个样本特征向量，设置为0.2。在一些实施例中，所述重构近似矩阵包括：重构每个焊枪末端姿态的反解关节φn为其中λnd表示第n个样本的第d个特征值，Vnd表示第n个样本的第d个特征向量；利用反解关节可对KND重新表述为其中表示重构后的核矩阵，每个元素都是KND对应元素的近似表达。在一些实施例中，计算关节系列矩阵与近似矩阵之间的距离，并根据矩阵之间的距离与距离阈值的比较结果判断确定路径的有效性方法包括:计算两个矩阵KND和的距离D；其中Rank表示矩阵的秩；比较距离D与距离阈值ThrD之间的关系，如果两个矩阵KND和的距离D小于距离阈值ThrD，则判断当前的机械臂的所持焊枪的路径规划有效，控制机械臂运行仿真轨迹；否则判断当前的机械臂路径规划无效，进行错误提示；其中，距离阈值ThrD取值范围为[0,1]。在一些实施例中，阈值ThrD取值为0.5。在一些实施例中，所述计算机械臂的运动路径方法包括：仿真系统中导入工件和焊枪姿态；从仿真系统中给出焊枪末端焊接的轨迹点集；计算轨迹点集上焊枪末端姿态的所有反解获得关节系列；根据焊枪末端的工具坐标系，计算关节矩阵。本专利技术的第二方面还提供一种机器人规划路径的有效性检测装置，所述装置执行上述所述机器人路径规划有效性的检测方法，所述装置包括：运动路径计算模块、关节重构模块、特征值优化模块、矩阵重构模块、路径有效性判断模块；所述运动路径计算模块，用于计算机械臂的运动路径；所述关节重构模块，用于重构机械臂的关节序列；所述特征值优化模块，用于对特征值进行高斯平滑优化；所述矩阵重构模块，用于重构近似矩阵；所述路径有效性判断模块，用于计算矩阵之间的距离，并根据矩阵之间的距离与距离阈值进行比较判断确定路径的有效性。在一些实施例中，所述关节重构模块包括关节矩阵单元、平均向量计算单元、协方差计算单元以及反解关节计算单元；所述关节矩阵单元，用于将关节集合φ＝{φ0,φ1,...,φN}，写成矩阵形式，即所述平均向量计算单元，用于计算核矩阵KND的平均向量并均值化所述协方差计算单元，用于计算协方差矩阵，且进行特征分解，其中，V-1表示特征矩阵，每列表示特征向量，∑表示对角矩阵矩阵其对角元素为特征值，T表示矩阵转置操作；N表示样本数，D表示机器人的关节数量；以及反解关节计算单元，用于重构每个焊枪末端姿态的反解关节为其中λnd表示第n个姿态下的第d个特征值。本申请还提供一种计算机可读存储介质，包括处理器、计算机可读存储介质以及在所述计算机可读存储介质上存储的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述方法中的步骤。本专利技术实施例提供的所述机器人路径规划有效性的检测方法、检测装置及计算机可存储介质，通过计算机械臂的运动路径，并通过核心算法重构关节系列，对特征值进行高斯平滑优化；重构近似矩阵，然后计算关节系列矩阵与近似矩阵之间的距离，并根据距离与距离阈值进行比较判断确定路径的有效性。本申请实施例所述方法能够在不需要任何监督数据及离线的情况下，高效和精确的判断出运动路径的有效性，从而为机械臂焊接时给出精确的运动路径提供稳定的核心支持，且简单快捷。附图说明图1为本专利技术涉及的一种机器人路径规划有效性的检测方法一实施例的方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的计算焊枪的运动路径的方法流程图；图3为本专利技术实施例的一种焊接轨迹与姿态的示意图；图4为本专利技术实施例的一种焊枪姿态示意图；图5为本专利技术实施例的一种机器人关节与焊枪示意图；图6为本专利技术实施例的一种重构关节序列的方法流程图；图7为本专利技术实施例的一种机器人路径规划有效性的检测方法另一实施例的方法流程图；图8为本专利技术实施例的一种机器人路径规划有效性的检测装置一实施例的结构框图；图9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人路径规划有效性的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n计算机械臂的运动路径；/n重构机械臂的关节序列；/n对特征值进行高斯平滑优化；/n重构近似矩阵；/n计算关节系列矩阵与近似矩阵之间的距离，并根据矩阵之间的距离与距离阈值的比较结果判断确定路径的有效性。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人路径规划有效性的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
计算机械臂的运动路径；
重构机械臂的关节序列；
对特征值进行高斯平滑优化；
重构近似矩阵；
计算关节系列矩阵与近似矩阵之间的距离，并根据矩阵之间的距离与距离阈值的比较结果判断确定路径的有效性。


2.根据权利要求1所述的机器人路径规划有效性的检测方法，其特征在于，所述重构机械臂的关节序列包括：
将关节集合φ＝{φ0,φ1,...,φN}，写成矩阵形式，即



计算核矩阵KND的平均向量并均值化



计算协方差矩阵，且进行特征分解，



其中，V-1表示特征矩阵，每列表示特征向量，∑表示对角矩阵矩阵其对角元素为特征值，T表示矩阵转置操作；N表示样本数，D表示机器人的关节数量；
重构每个焊枪末端姿态的反解关节为其中λnd表示第n个姿态下的第d个特征值。


3.根据权利要求1所述的机器人路径规划有效性的检测方法，其特征在于，所述对特征值进行高斯平滑优化包括：
优化所有特征向量对应的第d个特征值构成的n个值λd＝[λ0d,λ1d,…,λnd]，λnd表示第n个样本的第d个特征值，
λd＝[λ0d,λ1d,…,λnd]得到新的其中平滑后的特征向量中的每个元素为实数，具体地，利用高斯过程对λd进行平滑，每个元素λnd平滑后的结果为：



其中，K(d,·)为行向量[k(d,0),k(d,1),…k(d,D)]，K(·,·)为N×N的核矩阵，λd为列向量，
λd＝[λ0d,λ1d,…,λnd]T，I表示D×D的单位矩阵，(·)-1表示矩阵的逆，函数k(r·p)定义为

r和p分别表示第r个样本特征向量和第p个样本特征向量，设置为0.2。


4.根据权利要求1所述的机器人路径规划有效性的检测方法，其特征在于，所述重构近似矩阵包括：
重构每个焊枪末端姿态的反解关节φn为

其中λnd表示第n个样本的第d个特征值，Vnd表示第n个样本的第d个特征向量；
利用反解关节可对KND重新表述为



其中表示重构后的核矩阵，每个元素都是KND对应元素的近似表达。


5.根据权利要求1所述的机器人路径规划有效性的检测方法，其特征在于，所述计算关节系列矩阵与近似矩阵之间的距离，并根据矩阵之间的距离与距离阈值的比较结果判断确定路径的有效性方法包括:<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张焱，陈先开，邓亮，冯良炳，
申请(专利权)人：深圳辰视智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44