【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法及应用，属于工业机器人的机械臂自动控制技术。
技术介绍
1、涂装生产线是专门对工件进行喷涂作业的车间，目前适用于自动化作业的喷涂机器人已经一定普及，但是喷涂后的质量检测却主要是人工进行，喷涂车间环境差，劳动作业强度大，且检测数据难以实时更新上传，不利于工厂的数据化生产管理。
2、因大型复杂工件主要采用吊挂喷涂方式，吊挂的工件不是固定不动的，在喷涂生产线上移动过程中会发生晃动。在对工件进行喷涂工序时，对于喷涂机器人而言，因其无需接触吊挂工件，即使吊挂工件有一定的位置偏移，也可以在一定程度上实现自动喷涂，但是对于涂层质量(涂层厚度、光泽度、色差、橘皮等指标)检测，目前成熟的检测仪器均需要贴合在被测物体表面进行。若采用自动化方式检测生产线上移动吊挂的工件，由于工件表面复杂，且工件在吊挂位置处于晃动状态，吊挂的工件本身也有位置偏差，现有的检测机器人机械臂无法通过走固定点位实现对工件的贴合，由于工件一直处于不规律的晃动状态，导致无法采用传统的视觉等其他方式进行单点引导机械臂或通过修改单点的机械臂位置来将机械臂末端准确靠近工件待检测表面，由于工件的位置变化是整个空间方向的，也无法通过在机械臂前端安装单向的浮动接头来实现工件表面的无损靠近。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：针对现有检测机器人难以适应晃动的吊挂工件，本专利技术提供了一种基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法及应用。
2、本专利
3、本专利技术公开了一种基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法，包括如下步骤：
4、s1、通过标定机器人末端执行平面上的测距传感器位置坐标和测距传感器在工件被测表面的对应测量点位坐标，分别构建机器人末端执行平面所在的第一坐标系和工件被测表面所在的第二坐标系，得到第二坐标系相对第一坐标系的表达关系；
5、s2、在第一坐标系内，获得当前工件姿态与工件要求锁定姿态之间的差值矩阵，根据插值矩阵以及第二坐标系相对第一坐标系的表达关系，转换得到机器人末端执行平面保持与工件被测表面平行锁定的目标旋转角度；
6、s3、根据测距传感器测量工件被测表面到机器人末端执行平面的当前距离，以及机器人末端执行平面逼近到工件被测表面的锁定距离，得到机器人末端执行平面移动逼近工件的目标位置坐标；
7、s4、根据工件晃动的实时姿态，调整控制机器人末端执行平面的目标旋转角度和目标位置坐标并控制机器人末端执行单元向工件移动逼近。
8、具体的，在本专利技术上述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法中，所述步骤s1中，所述机器人末端执行平面上设有至少三组测距传感器，以机器人末端执行平面构建第一坐标系，所述测距传感器在第一坐标系内的点位坐标分别标定为q1(x1,y1,z1初)、q2(x2,y2,z2初)、...、qn(xn,yn,zn初)，n为测距传感器数量，将测距传感器采集的初始点位坐标输入上位机并与上位机建立实时通讯；
9、根据所述测距传感器测量到工件被测表面对应测量点位的距离d1、d2、...、dn，获得工件被测表面测量点位在第一坐标系内的坐标为p1(x1,y1,d1-z1初)、p2(x2,y2,d2-z2初)、...、pn(xn,yn,dn-zn初)，根据任意三点坐标拟合平面ax+by+cz+d＝0，以该拟合平面构建第二坐标系，所述第二坐标系的x轴、y轴分别是第一坐标系x轴和y轴在工件被测表面拟合平面上的投影，z轴为拟合平面的法向。
10、进一步的，所述测距传感器采用激光位移传感器，所述激光位移传感器的激光感知发射方向垂直于机器人末端执行平面设置。
11、具体的，在本专利技术上述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法中，所述步骤s2中，获取工件在第一坐标系的当前工件姿态旋转矩阵r工件，按照机器人末端执行单元与晃动工件之间相互平行锁定的姿态，将工件被测表面拟合平面ax+by+cz+d＝0中任意两个测量点位的向量叉乘，得到工件相对于第一坐标系要求锁定姿态的锁定旋转矩阵r锁定，计算当前工件姿态与工件要求锁定姿态之间的差值矩阵δr，δr＝r锁定-r工件；
12、以工件被测表面拟合平面的参数做基准，获取当前机器人末端执行平面姿态变化的表达p旋转[a当前,b当前,c当前]，a当前,b当前,c当前为工件被测表面拟合平面ax+by+cz+d＝0的参数值a、b、c，通过以下公式转化成第二坐标系x、y、z轴的旋转矩阵方式，
13、
14、
15、
16、α、β、γ分别是第二坐标系相对于第一坐标系中x、y、z轴进行旋转的旋转角，rx(α)、ry(β)、rz(γ)分别为第二坐标系的x、y、z轴根据旋转角调整的目标位置坐标的旋转矩阵，构建第二坐标系到世界坐标系的旋转矩阵r旋转为：
17、
18、计算机器人末端执行平面的目标旋转矩阵r目标，r目标＝r旋转×δr，
19、通过目标旋转矩阵r目标反向计算机器人末端执行平面的目标旋转角度表达p角度目标[a目标，b目标，c目标]。
20、具体的，在本专利技术上述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法中，所述步骤s3中，设定工件相对于第一坐标系要求锁定姿态的锁定距离d锁定，通过测距传感器测量机器人末端执行平面到该工件被测表面拟合平面的当前距离d原点-工件，获得锁定距离与当前距离之间的插值距离δd，δd＝d锁定-d原点-工件；
21、获取当前机器人末端执行平面位置变化的表达p位置[x当前,y当前,z当前]，将插值距离转化为机器人末端执行单元追踪工件的目标距离d目标，d目标＝p位置+δd，得到机器人末端执行平面的目标位置坐标表达p位置目标[x目标，y目标，z目标]。
22、具体的，在本专利技术上述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法中，所述步骤s4中，将机器人末端执行平面的目标位置坐标表达p位置目标[x目标，y目标，z目标]与目标旋转角度表达p角度目标[a目标，b目标，c目标]进行组合，得到最终机器人末端执行平面的完整目标点位p目标[x目标，y目标，z目标，a目标，b目标，c目标]，控制机器人末端执行平面运动到目标点位，逼近工件被测表面，逼近过程中机器人末端执行单元随工件晃动调整目标点位以跟随工件。
23、作为一种优选的方案，在本专利技术上述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法中，所述机器人末端执行平面目标点位随工件晃动变化调整，当位置偏差大时加快机器人末端执行单元的响应速度，位置偏差小时放慢机器人末端执行单元的响应速度。
24、作为另一种优选的方案，在本专利技术上述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法中，所述机器人末端执行平面以恒定速度v逼近工件，控制机器人末端执行单元移动逼近工件被测表面时，记录起始时间与当前控制点的时间间隔t时间，计算机器人末端执行平面本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法，用于机器人末端执行单元移动逼近工件，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述机器人末端执行平面上设有至少三组测距传感器，以机器人末端执行平面构建第一坐标系，所述测距传感器在第一坐标系内的点位坐标分别标定为n为测距传感器数量，将测距传感器采集的初始点位坐标输入上位机并与上位机建立实时通讯；
3.根据权利要求2所述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法，其特征在于：所述测距传感器采用激光位移传感器，所述激光位移传感器的激光感知发射方向垂直于机器人末端执行平面设置。
4.根据权利要求2所述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，获取工件在第一坐标系的当前工件姿态旋转矩阵R工件，按照机器人末端执行单元与晃动工件之间相互平行锁定的姿态，将工件被测表面拟合平面ax+by+cz+d＝0中任意两个测量点位的向量叉乘，得到工件相对于第一坐标系要求锁定姿态的锁定旋转矩阵R锁定，计算当前
5.根据权利要求4所述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法，其特征在于：所述步骤S3中，设定工件相对于第一坐标系要求锁定姿态的锁定距离d锁定，通过测距传感器测量机器人末端执行平面到该工件被测表面拟合平面的当前距离d原点-工件，获得锁定距离与当前距离之间的插值距离Δd，Δd＝d锁定-d原点-工件；
6.根据权利要求5所述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法，其特征在于：所述步骤S4中，将机器人末端执行平面的目标位置坐标表达p位置目标[x目标，y目标，z目标]与目标旋转角度表达p角度目标[a目标，b目标，c目标]进行组合，得到最终机器人末端执行平面的完整目标点位P目标[x目标，y目标，z目标，a目标，b目标，c目标]，控制机器人末端执行平面运动到目标点位，逼近工件被测表面，逼近过程中机器人末端执行单元随工件晃动调整目标点位以跟随工件。
7.根据权利要求6所述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法，其特征在于：所述机器人末端执行平面的目标点位随工件晃动变化调整，当位置偏差大时加快机器人末端执行单元的响应速度，位置偏差小时放慢机器人末端执行单元的响应速度。
8.根据权利要求6所述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法，其特征在于：所述机器人末端执行平面以恒定速度V逼近工件，控制机器人末端执行单元移动逼近工件被测表面时，记录起始时间与当前控制点的时间间隔t时间，计算机器人末端执行平面当前控制点的目标距离d目标t，d目标t＝V*t时间，用d目标t替代d目标得到机器人末端执行平面的目标位置坐标。
9.一种机械臂，其特征在于：所述机械臂为检测机器人的机械臂，所述检测机器人应用权利要求7或8所述的机器人运动控制方法控制机械臂执行法兰向工件移动逼近，机械臂执行法兰平面为机器人末端执行平面，所述机械臂执行法兰上设有与工件被测表面吸附固定的气动吸盘，当机械臂末端执行单元机械臂执行法兰运动到逼近工件被测表面的目标位置坐标后，通过气动吸盘与工件被测表面吸附固定。
10.根据权利要求9所述的一种机械臂，其特征在于，所述机械臂为喷涂质量检测机器人的机械臂，所述机械臂执行法兰上集成设有膜厚仪、色差仪、光泽仪、IQ、橘皮仪中的至少一种喷涂检测仪器，以上仪器通过弹性结构安装于机械臂执行法兰上。
...【技术特征摘要】
1.基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法，用于机器人末端执行单元移动逼近工件，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法，其特征在于：所述步骤s1中，所述机器人末端执行平面上设有至少三组测距传感器，以机器人末端执行平面构建第一坐标系，所述测距传感器在第一坐标系内的点位坐标分别标定为n为测距传感器数量，将测距传感器采集的初始点位坐标输入上位机并与上位机建立实时通讯；
3.根据权利要求2所述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法，其特征在于：所述测距传感器采用激光位移传感器，所述激光位移传感器的激光感知发射方向垂直于机器人末端执行平面设置。
4.根据权利要求2所述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法，其特征在于：所述步骤s2中，获取工件在第一坐标系的当前工件姿态旋转矩阵r工件，按照机器人末端执行单元与晃动工件之间相互平行锁定的姿态，将工件被测表面拟合平面ax+by+cz+d＝0中任意两个测量点位的向量叉乘，得到工件相对于第一坐标系要求锁定姿态的锁定旋转矩阵r锁定，计算当前工件姿态与工件要求锁定姿态之间的差值矩阵δr，δr＝r锁定-r工件；
5.根据权利要求4所述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法，其特征在于：所述步骤s3中，设定工件相对于第一坐标系要求锁定姿态的锁定距离d锁定，通过测距传感器测量机器人末端执行平面到该工件被测表面拟合平面的当前距离d原点-工件，获得锁定距离与当前距离之间的插值距离δd，δd＝d锁定-d原点-工件；
6.根据权利要求5所述的基于多测距传感器实时感知的机器人运动控制方法，其特征在于：所述步骤s4中，将机器人末端执行平面的目标位置坐标表...
【专利技术属性】
技术研发人员：周显恩，张左治，朱青，彭光荣，陈家泳，周新城，江一鸣，王耀南，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。