一种异侧双铺丝机器人系统的主轴旋转规划方法技术方案

本发明专利技术公开了一种异侧双铺丝机器人系统的主轴旋转规划方法，包括：步骤一，获取铺丝轨迹，按固定步长离散提取路径点；步骤二，主轴回转角度离散，构建表达路径点与离散主轴角度关系的离散空间；步骤三，计算各路径点对应腕点位置；步骤四，基于逆运动学反解，标记离散空间内的机器人不可达与奇异位置；步骤五，将铺放任务分解为双机器人铺放和单机器人铺放；步骤六，针对双机器人铺放任务，规划主轴旋转；步骤七，针对单机器人，通过已知上一个离散点主轴角度，确定当前离散点主轴角度；步骤八，双机器人和单机器人铺放任务对应规划的主轴转角值进行拼接，得到铺放过程中主轴完整运动。本发明专利技术充分发挥机器人性能，提高铺放效率。提高铺放效率。提高铺放效率。

【技术实现步骤摘要】
一种异侧双铺丝机器人系统的主轴旋转规划方法


[0001]本专利技术涉及复合材料自动化成型
，具体涉及一种异侧双铺丝机器人系统的主轴旋转规划方法。

技术介绍

[0002]自动铺放技术是实现复合材料高性能数字化制造的一个重要手段，同时也是近年来发展最快的先进制造技术，但是复合材料铺放过程中面临着设备铺放效率较低和预浸料使用周期限制的矛盾，为使制造复材构件复杂度与高铺放生产率两者得到兼顾，双工位铺放设备便成了现代复材产品的制造研究热点，因此开展双铺丝机器人的相关规划的研究是非常具有意义的。
[0003]双铺丝机器人应用场景很多，若机器人位于模具两侧，则为异侧双铺丝机器人，大部分情况下，模具带有主轴并可进行回转运动。对于模具上给定的铺丝轨迹，整个铺放运动由主轴运动和双铺丝机器人共同完成，因此，在考虑整个铺放过程中，不仅需要考虑机器人，主轴的处理也是至关重要的。
[0004]公开号为CN110614632A的专利说明书公开了一种多机器人铺丝轨迹分布设计方法，在回转工件上将单层全部轨迹按照铺丝头的数量分组匹配和适应性修正，从而实现多头同时铺放，大大提高铺丝效率。该方案中，轨迹的分组匹配是确保同一组内的轨迹能够同时进行铺放，比如两个铺丝头同时铺放的两条轨迹即为一组；适应性修正是指同一组内的轨迹或许轨迹点的数量以及运动的长度不同，为确保同一组内的轨迹具有同步铺丝的效果，铺丝时要求组内轨迹同时开始铺放，并同时结束铺放，为此需要对轨迹进行必要的轨迹点修正，即增减轨迹点数量。
[0005]公开号为CN110472290A的专利说明书公开了一种多机器人铺丝测地线轨迹设计方法，基于曲面的三角形离散网格进行轨迹设计，包括：在构件上取一个点；以该点为起始点，分别向两端生成测地线轨迹；以当前轨迹为基准轨迹，周向绕轴或重心线旋转该轨迹可分别获取第二条、第三条
…
；将所有的轨迹投影到模具表面，进而形成覆盖性轨迹，完成类回转体构件的测地线铺丝轨迹设计；将轨迹转化为机械语言，控制铺丝机完成工件的覆盖性铺丝成型。
[0006]目前，对于双铺丝机器人的主轴处理方法仍然比较少，上述提及的两件申请也未有相关的设计，一般采用简单的处理方法，如将两侧机器人的末端轨迹点转至相同高度，或是将一侧机器人的末端轨迹点始终保持与主轴中心等高，以此作为主轴的旋转角度。这种处理方式计算简单且易于实现，但是没有充分利用发挥机器人的性能，同时也没有规避机器人奇异点，导致在实际铺放过程中效率低下。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种异侧双铺丝机器人系统的主轴旋转规划方法，在进行主轴规划时充分发挥机器人性能，避开了奇异点，提高铺放效率。
[0008]一种异侧双铺丝机器人系统的主轴旋转规划方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一，获取铺丝轨迹，按固定步长离散并提取路径点；
[0010]步骤二，主轴回转角度离散，以此构建表示路径点与离散主轴角度对应关系的离散空间；
[0011]步骤三，计算各路径点对应腕点位置，使机器人底座中心与腕点保持共线；
[0012]步骤四，基于逆运动学计算，得到使路径点可达且非奇异的主轴离散角度；
[0013]步骤五，根据两侧铺放路径长度，将铺放任务分为双机器人铺放和单机器人铺放；
[0014]步骤六，针对双机器人铺放，利用动态规划算法，以关节变化总位移时间最短为目标函数，以可达和避奇异为约束，规划主轴旋转；
[0015]步骤七，针对单机器人铺放，以相邻离散点关节变化位移时间最短为目标，以可达和避奇异为约束，通过已知上一个离散点主轴角度，确定当前离散点主轴角度；
[0016]步骤八，将两种铺放任务规划的主轴转角值进行拼接，得到铺放过程中主轴完整运动。
[0017]作为优选，所述腕点位置是将离散点沿法矢方向偏移末端到腕点距离长度确定的。双机器人铺放各离散点时，通过该方法计算各点对应腕点位置。对于同一个离散点，当机器人移动底座与机器人腕点平齐的时候，即机器人底座中心始终与腕点保持共线，此时机器人主轴可调整角度是最大的。
[0018]作为优选，所述离散空间由路径离散和主轴角度离散两个维度组成，其中路径离散子空间由两条路径的离散点集合求并获得，且两条路径按照等步长离散，则离散点P
i
(i＝1,2,...,n)和P
i
'(i＝1,2,...,m)，按照P1和P1'、P2和P2'、
…
、P
m
和P
m
'次序对应；由于两者离散空间大小不一，存在对应关系的空间按照双机器人处理，剩余离散空间按照单机器人处理。
[0019]作为优选，已知轨迹对应机器人、路径离散点位、主轴离散角度、底座位置，进行机器人逆运动学求解，获得每个路径离散点、主轴离散角度对应的机器人关节角度q
i
(i＝1,2,...,6)，并排除离散空间内机器人不可达及机器人奇异位置。
[0020]作为优选，双机器人在铺放各自路径的过程中，在相同时间内运动的距离相同。
[0021]作为优选，当双机器人离散空间出现一个或多个离散点对应的所有主轴转角均被标记了不可达，则当前两条铺丝轨迹不能被同时铺放，需要重新选择两条铺丝轨迹。
[0022]作为优选，所述双机器人离散空间应用动态规划，搜寻相邻离散点关节变换时间最小所对应的主轴角度，目标函数为总位移时间最短，同时避开不可达以及奇异位置，最终得到两轨迹相同离散点位处对应的主轴角度。
[0023]进一步优选，所述双机器人都能以关节最大速度执行，相邻两离散点各关节轴变化需要时间为：铺丝头经过相邻离散点所需时间为所有关节中最慢关节的运动时间T＝max(T
i
)。
[0024]作为优选，所述单机器人离散空间的每个离散点对应主轴转角计算方法，计算上一个离散点到当前离散点时，使机器人关节中最慢关节的运动时间T最小对应的主轴转角值为最优转角，同时满足运动可达和避障要求。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026]首先，将轨迹离散点与主轴角度结合建立关系，构建离散空间，然后，计算各离散
点对应腕点位置，使机器人始终与底座保持共线，并且进行了逆运动学求解。针对各关节值，分析了不可达以及奇异位置。根据双机器人铺放轨迹对应情况，将离散空间分解为双机器人和单机器人离散空间。最后，针对两种铺放任务，以不同的目标函数引入对应算法，规划主轴的旋转运动。在规划过程中不仅避免了不可达和关节奇异，同时能发挥了机器人最大的关节速度性能，尽可能缩短了理想铺放过程中位移时间，提高了效率。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例的一种异侧双铺丝机器人系统的主轴旋转规划流程图；
[0028]图2为本专利技术实施例的给定轨迹上固定步长离散点提取示意图；
[0029]图3为本专利技术实施例的移动底座与腕点平齐时主轴可调整范围示意图；
[0030]图4为本专利技术实施例的移动底本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异侧双铺丝机器人系统的主轴旋转规划方法，包括以下步骤：步骤一，获取铺丝轨迹，按固定步长离散并提取路径点；步骤二，主轴回转角度离散，以此构建表示路径点与离散主轴角度对应关系的离散空间；步骤三，计算各路径点对应腕点位置，使机器人底座中心与腕点保持共线；步骤四，基于逆运动学计算，得到使路径点可达且非奇异的主轴离散角度；步骤五，根据两侧铺放路径长度，将铺放任务分为双机器人铺放和单机器人铺放；步骤六，针对双机器人铺放，利用动态规划算法，以关节变化总位移时间最短为目标函数，以可达和避奇异为约束，规划主轴旋转；步骤七，针对单机器人铺放，以相邻离散点关节变化位移时间最短为目标，以可达和避奇异为约束，通过已知上一个离散点主轴角度，确定当前离散点主轴角度；步骤八，将两种铺放任务规划的主轴转角值进行拼接，得到铺放过程中主轴完整运动。2.根据权利要求1所述的异侧双铺丝机器人系统的主轴旋转规划方法，其特征在于，所述腕点位置是将离散点沿法矢方向偏移末端到腕点距离长度确定。3.根据权利要求1所述的异侧双铺丝机器人系统的主轴旋转规划方法，其特征在于，所述离散空间由路径离散和主轴角度离散两个维度组成，其中路径离散子空间由两条路径的离散点集合求并获得，且两条路径按照等步长离散，则离散点P
i
(i＝1,2,...,n)和P
i
'(i＝1,2,...,m)，按照P1和P1'、P2和P2'、
…
、P
m
和P
m
'次序对应；存在对应关系的空间按照双机器人处理，剩余离散空间按照单机器人处理。4.根据权利要求1所述的异侧双铺丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨倩，曲巍崴，高嘉鑫，李江雄，柯映林，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：