机器人控制、轨迹衔接与平滑处理的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种机器人控制、轨迹衔接与平滑处理的方法及系统，包括：通过交互界面下发任务指令；接收到任务指令，结合机器人当前状态对机器人进行运动规划；如果规划失败，不产生规划路径；如果规划成功，将规划路径发送至轨迹衔接与平滑处理模块，自动生成满足实时进程采样周期的平滑轨迹并下发至伺服系统；执行平滑轨迹，控制机器人各关节按照平滑轨迹运动。实时轨迹平滑处理模块，将实时进程与非实时进程中关于运动轨迹进行同步；非实时轨迹平滑处理模块，先将非实时轨迹转化为实时轨迹，再将实时进程与非实时进程中关于运动轨迹进行同步。本发明专利技术提升了机器人的适应性与智能性，降低了机器人对环境的强依赖。降低了机器人对环境的强依赖。降低了机器人对环境的强依赖。

【技术实现步骤摘要】
机器人控制、轨迹衔接与平滑处理的方法及系统


[0001]本专利技术涉及机器人
，具体地，涉及一种机器人控制、轨迹衔接与平滑处理的方法及系统。

技术介绍

[0002]机器人是一种高精度，多输入多输出，高度非线性，强耦合的复杂系统，因其具备的自动化属性，使得机器人在工业制造、医学治疗、半导体制造以及太空探索等领域都发挥举足轻重的功能。传统机器人的控制器采用实时控制系统，控制周期非常短，因此能够实现高精度的同时也具备稳定的功能性能，同时其工作任务简单，传统机器人控制架构能够很好的满足单一重复的应用场景需求，如工厂的上下料，机器人仅需要不断重复固定路径即可。但是随着机器人应用的普及，其面对的应用场景也变得越来越复杂，单一的实时控制系统框架已经不能满足复杂场景的使用需求，因此机器人的控制系统架构升级势在必行。
[0003]面对复杂的应用场景，机器人智能规划技术越来越多的被开发并被机器人控制系统使用，但是机器人规划是一个实时性要求很低的操作，不需要按照既定频率在指定时间内完成运动规划，而是需要在尽可能短的时间内针对不同任务完成机器人运动规划并返回规划结果。因此，机器人控制系统框架需要包含实时进程与非实时进程，其中实时进程主要用于机器人控制，非实时进程主要用于机器人运动规划，而连接非实时进程与实时进程的桥梁就显得尤为重要了。
[0004]本专利专利技术了一种包含实时进程与非实时进程的控制系统框架，与传统机器人控制系统相比，实时进程既保证了机器人控制的稳定性与精确性，而非实时进程又能提高机器人的智能性与适应性，满足复杂应用场景使用的需求。同时，本专利在上述控制系统框架内，针对运动轨迹在非实时进程与实时进程之间的传递，专利技术了一种轨迹拼接与平滑处理方法，保证了最终实时进程中运动轨迹的平滑性。
[0005]专利文献CN106863306B(申请号：CN201710209885.X)公开了一种机器人关节空间平滑轨迹规划方法，包括步骤：首先，由机器人运动学逆解算法，实现机器人笛卡尔空间运动轨迹向关节空间运动轨迹的映射，获得关节空间关键插补点；然后，依据机器人各个关节的最大速度约束，调整笛卡尔插补周期；接着，借助三次多项式曲线进行关节空间关键插补点的角速度和角加速度估计，为下一步的五次样条曲线拟合提供条件；最后，从第一个关节空间关键插补点开始，依次使用相邻两个关节空间关键插补点构造五次样条曲线，作为关节空间的运动轨迹，再进行关节空间插补。但该专利技术没有避免机器人出现“急停急起”危险工况。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种机器人控制、轨迹衔接与平滑处理的方法及系统。
[0007]根据本专利技术提供的一种机器人控制方法，包括：
[0008]步骤S1：根据显示的状态以及工作需求，通过交互界面下发任务指令；
[0009]步骤S2：运动规划模块接收到任务指令，结合机器人当前状态对机器人进行运动规划，并通过交互界面反馈规划结果；
[0010]如果规划失败，不产生规划路径，机器人保持静止状态，终止运行；
[0011]如果规划成功，将规划路径发送至轨迹衔接与平滑处理模块，运行步骤S3；
[0012]步骤S3：轨迹规划与平滑处理模块接收到规划路径，自动生成满足实时进程采样周期的平滑轨迹并下发至伺服系统；
[0013]步骤S4：伺服系统执行平滑轨迹，控制机器人各关节按照平滑轨迹运动。
[0014]优选地，由实时进程与非实时进程构成，其中：
[0015]实时进程负责机器人运动轨迹拼接与平滑处理，并将平滑轨迹发送至机器人伺服系统，控制机器人各关节运动；
[0016]非实时进程负责针对工作任务的机器人运动规划，以及人机交互信息的处理，保证整个机器人控制系统的稳定性。
[0017]优选地，在非实时进程与实时进程中间添加心跳实时检测，避免出现因通信不稳定导致的机器人运动轨迹突变；心跳检测持续进行，每隔一个实时进程采样周期，非实时进程中的心跳发生模块都会产生一个新的心跳数字并下发至实时进程中的心跳检测模块，当心跳检测模块发现连续两个采样周期该心跳数字均未发生变化，则表明实时进程与非实时进程通信故障，机器人停止运动。
[0018]根据本专利技术提供的一种机器人控制系统，包括：
[0019]模块M1：根据显示的状态以及工作需求，通过交互界面下发任务指令；
[0020]模块M2：运动规划模块接收到任务指令，结合机器人当前状态对机器人进行运动规划，并通过交互界面反馈规划结果；
[0021]如果规划失败，不产生规划路径，机器人保持静止状态，终止运行；
[0022]如果规划成功，将规划路径发送至轨迹衔接与平滑处理模块，运行模块M3；
[0023]模块M3：轨迹规划与平滑处理模块接收到规划路径，自动生成满足实时进程采样周期的平滑轨迹并下发至伺服系统；
[0024]模块M4：伺服系统执行平滑轨迹，控制机器人各关节按照平滑轨迹运动。
[0025]优选地，由实时进程与非实时进程构成，其中：
[0026]实时进程负责机器人运动轨迹拼接与平滑处理，并将平滑轨迹发送至机器人伺服系统，控制机器人各关节运动；
[0027]非实时进程负责针对工作任务的机器人运动规划，以及人机交互信息的处理，保证整个机器人控制系统的稳定性。
[0028]优选地，在非实时进程与实时进程中间添加心跳实时检测，避免出现因通信不稳定导致的机器人运动轨迹突变；心跳检测持续进行，每隔一个实时进程采样周期，非实时进程中的心跳发生模块都会产生一个新的心跳数字并下发至实时进程中的心跳检测模块，当心跳检测模块发现连续两个采样周期该心跳数字均未发生变化，则表明实时进程与非实时进程通信故障，机器人停止运动。
[0029]根据本专利技术提供的一种基于机器人控制系统下的轨迹衔接与平滑处理的系统，包括：
[0030]实时轨迹平滑处理模块：将实时进程与非实时进程中关于运动轨迹进行同步；
[0031]非实时轨迹平滑处理模块：先将非实时轨迹转化为实时轨迹，再将实时进程与非实时进程中关于运动轨迹进行同步，产生可供伺服系统使用的平滑轨迹。
[0032]优选地，所述实时轨迹平滑处理模块：
[0033]由于实时进程与非实时进程的运行速率不一致，在同步两进程之间的轨迹时添加一段缓冲队列，根据机器人硬件性能以及任务需求设置该缓冲队列大小，运动规划共产生了N个轨迹点，设置该缓冲队列存储m个机器人运动轨迹点，非实时进程向该队列尾部添加轨迹点，当该缓冲队列填满后，实时进程从该队列首部取走轨迹点并下发至伺服系统，进一步的整个轨迹点向前移动，直至完成运动规划产生的所有轨迹点；
[0034]所述非实时轨迹平滑处理模块：
[0035]运动规划共产生了M个非实时轨迹点，根据机器人硬件性能以及任务需求，从非实时轨迹点中选取k个轨迹点用于生成实时轨迹，采用三次多项式插值算法用于生成实时轨迹，将生成的实时轨迹放置于上述缓冲队列中，实时进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人控制方法，其特征在于，包括：步骤S1：根据显示的状态以及工作需求，通过交互界面下发任务指令；步骤S2：运动规划模块接收到任务指令，结合机器人当前状态对机器人进行运动规划，并通过交互界面反馈规划结果；如果规划失败，不产生规划路径，机器人保持静止状态，终止运行；如果规划成功，将规划路径发送至轨迹衔接与平滑处理模块，运行步骤S3；步骤S3：轨迹规划与平滑处理模块接收到规划路径，自动生成满足实时进程采样周期的平滑轨迹并下发至伺服系统；步骤S4：伺服系统执行平滑轨迹，控制机器人各关节按照平滑轨迹运动。2.根据权利要求1所述的机器人控制方法，其特征在于：由实时进程与非实时进程构成，其中：实时进程负责机器人运动轨迹拼接与平滑处理，并将平滑轨迹发送至机器人伺服系统，控制机器人各关节运动；非实时进程负责针对工作任务的机器人运动规划，以及人机交互信息的处理，保证整个机器人控制系统的稳定性。3.根据权利要求2所述的机器人控制方法，其特征在于：在非实时进程与实时进程中间添加心跳实时检测，避免出现因通信不稳定导致的机器人运动轨迹突变；心跳检测持续进行，每隔一个实时进程采样周期，非实时进程中的心跳发生模块都会产生一个新的心跳数字并下发至实时进程中的心跳检测模块，当心跳检测模块发现连续两个采样周期该心跳数字均未发生变化，则表明实时进程与非实时进程通信故障，机器人停止运动。4.一种机器人控制系统，其特征在于，包括：模块M1：根据显示的状态以及工作需求，通过交互界面下发任务指令；模块M2：运动规划模块接收到任务指令，结合机器人当前状态对机器人进行运动规划，并通过交互界面反馈规划结果；如果规划失败，不产生规划路径，机器人保持静止状态，终止运行；如果规划成功，将规划路径发送至轨迹衔接与平滑处理模块，运行模块M3；模块M3：轨迹规划与平滑处理模块接收到规划路径，自动生成满足实时进程采样周期的平滑轨迹并下发至伺服系统；模块M4：伺服系统执行平滑轨迹，控制机器人各关节按照平滑轨迹运动。5.根据权利要求4所述的机器人控制系统，其特征在于：由实时进程与非实时进程构成，其中：实时进程负责机器人运动轨迹拼接与平滑处理，并将平滑轨迹发送至机器人伺服系统，控制机器人各关节运动；非实时进程负责针对工作任务的机器人运动规划，以及人机交互信息的处理，保证整个机器人控制系统的稳定性。6.根据权利要求5所述的机器人控制系统，其特征在于：在非实时进程与实时进程中间添加心跳实时检测，避免出现因通信不稳定导致的机器人运动轨迹突变；心跳检测持续进行，每隔一个实时进程采样周期，非实时进程中的心跳发
生模块都会产生一个新的心跳数字并下发至实时进程中的心跳检测模块，当心跳检测模块发现连续两个采样周期该心跳数字均未发生变化，则表明实时进程与非实时进程通信故障，机器人停止运动。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：廖志祥，郭震，
申请(专利权)人：上海景吾智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：