【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于智能化生產(chǎn)領(lǐng)域，具體為一種機(jī)器人旋轉(zhuǎn)外部軸法矢優(yōu)先控制策略及逆解方法。
技術(shù)介紹
1、現(xiàn)有技術(shù)中有專利號(hào)為cn202211275681.3，名稱為《附加外部軸的工業(yè)機(jī)器人加工系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法》的中國(guó)專利技術(shù)專利，其公開(kāi)了如下內(nèi)容：一種附加外部軸的工業(yè)機(jī)器人加工系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，包括以下步驟：步驟1，獲取加工路徑點(diǎn)集；步驟2，選擇站位模式；包括自動(dòng)設(shè)置站位和手動(dòng)設(shè)置站位兩種可選模式設(shè)置站位，自動(dòng)設(shè)置站位模式又分為智能規(guī)劃站位和固定分配站位；步驟3，每個(gè)路徑執(zhí)行無(wú)碰撞運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法；將延遲碰撞和路徑剪切融合到prm*算法中，以達(dá)到減少時(shí)間和縮短路徑的目的；步驟4，整合所有站點(diǎn)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑，讓機(jī)器人執(zhí)行加工任務(wù)。
2、上述專利是采用站位式規(guī)劃?rùn)C(jī)器人軌跡，即機(jī)器人外部軸移動(dòng)至某個(gè)站位，規(guī)劃這個(gè)站位機(jī)器人對(duì)應(yīng)的某些加工路徑點(diǎn)集。然后機(jī)器人外部軸移動(dòng)至下一個(gè)站位，再次規(guī)劃對(duì)應(yīng)的加工路徑點(diǎn)集。外部軸與機(jī)器人是先后運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。在一些連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡的情況下，這種規(guī)劃方式存在缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)帶旋轉(zhuǎn)外部軸的機(jī)器人系統(tǒng)逆解，本申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)了一種機(jī)器人旋轉(zhuǎn)外部軸法矢優(yōu)先控制策略及逆解方法，實(shí)現(xiàn)帶旋轉(zhuǎn)外部軸的機(jī)器人系統(tǒng)迭代求逆解。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案如下：
3、一種機(jī)器人旋轉(zhuǎn)外部軸法矢優(yōu)先控制策略及逆解方法，包括如下步驟：
4、步驟s1.將目標(biāo)軌跡離
5、步驟s2.采用法向優(yōu)先策略：確定旋轉(zhuǎn)外部軸法矢優(yōu)先控制策略，確定初始偏轉(zhuǎn)角度αstart以及結(jié)束偏轉(zhuǎn)角度αend，并采用線性插值策略，計(jì)算每個(gè)目標(biāo)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的中間偏轉(zhuǎn)角度值；
6、步驟s3.計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的法向矢量角度：計(jì)算工件繞旋轉(zhuǎn)外部軸旋轉(zhuǎn)角度θ后，目標(biāo)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的新坐標(biāo)位姿，并計(jì)算位置矢量角度以及法向矢量角度；
7、步驟s4.反解每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度：根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸控制策略計(jì)算最終旋轉(zhuǎn)軸角度，采用步驟s3中角度關(guān)系以及步驟s2中的偏轉(zhuǎn)角度值反解旋轉(zhuǎn)外部軸的法向優(yōu)先角度；
8、步驟s5.計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)在機(jī)器人坐標(biāo)系下位姿：根據(jù)步驟s4中計(jì)算的法向優(yōu)先角度，以及工件的裝配關(guān)系，計(jì)算目標(biāo)軌跡點(diǎn)在機(jī)器人坐標(biāo)系下位姿；
9、步驟s6.機(jī)器人逆解：逆解機(jī)器人關(guān)節(jié)姿態(tài)，若機(jī)器人無(wú)解或產(chǎn)生奇異解，則修改旋轉(zhuǎn)軸角度，跳轉(zhuǎn)到步驟s4，再次計(jì)算，直到機(jī)器人逆解滿足要求；
10、步驟s7.輸出機(jī)器人及旋轉(zhuǎn)軸的逆解。
11、進(jìn)一步地，步驟s1具體為：已知的目標(biāo)軌跡og(o1,o2,…,on)，其中oi(i∈1,2,…,n)表示軌跡曲線上離散的位姿點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)的位姿信息為oi(oxi,oyi,ozi,opi,oqi,ori)，其中oxi,oyi,ozi是第i個(gè)軌跡點(diǎn)的位置坐標(biāo)量，opi,oqi,ori是第i個(gè)軌跡點(diǎn)的法向量，其目標(biāo)軌跡點(diǎn)坐標(biāo)系記為tg。
12、進(jìn)一步地，步驟s2中，針對(duì)中間軌跡點(diǎn)，以各軌跡點(diǎn)的路徑長(zhǎng)度為插值節(jié)點(diǎn)進(jìn)行線性插值，計(jì)算得中間軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角度αi
13、
14、式中：lmin為軌跡的最短長(zhǎng)度，lmax為軌跡的最大長(zhǎng)度，li為第i個(gè)目標(biāo)軌跡點(diǎn)所在的軌跡長(zhǎng)度值。
15、進(jìn)一步地，步驟s3具體為：計(jì)算旋轉(zhuǎn)外部軸旋轉(zhuǎn)角度θi后，目標(biāo)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的新坐標(biāo)位姿tnew；并計(jì)算此時(shí)目標(biāo)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的法向矢量角度nαi；其中θi是第i個(gè)目標(biāo)軌跡點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)外部軸法向優(yōu)先角度值；
16、
17、式中：cθi是cos(θi)的簡(jiǎn)寫，sθi是sin(θi)的簡(jiǎn)寫，oxi,oyi,ozi是第i個(gè)軌跡點(diǎn)的位置坐標(biāo)量，opi,oqi,or是第i個(gè)軌跡點(diǎn)的法向量,其目標(biāo)軌跡點(diǎn)坐標(biāo)系記為tg；
18、法向矢量角度nαi是第i個(gè)位置點(diǎn)旋轉(zhuǎn)后的法向量與x軸的夾角，得
19、
20、進(jìn)一步地，步驟s4中，根據(jù)步驟s3的法向矢量角度關(guān)系以及nαi值反解旋轉(zhuǎn)外部軸的法向優(yōu)先角度θi。
21、再進(jìn)一步地，由法向矢量角度nαi計(jì)算公式可得，
22、
23、將上式轉(zhuǎn)換為：
24、-k1c2+k2s2＝k3
25、其中
26、k2＝opioqi
27、
28、可得
29、
30、進(jìn)一步地，步驟s5中，帶旋轉(zhuǎn)外部軸機(jī)器人系統(tǒng)的坐標(biāo)系記為tb，將目標(biāo)軌跡點(diǎn)轉(zhuǎn)換到機(jī)器人坐標(biāo)系下，其中，表示從坐標(biāo)系gt轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)系bt的轉(zhuǎn)換矩陣，rz(θ)表示繞旋轉(zhuǎn)外部軸轉(zhuǎn)動(dòng)θ角度后對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣，對(duì)于法向優(yōu)先策略，θ值為位置優(yōu)先角度nθi。
31、再進(jìn)一步地，其中，cθ是cos(θ)的簡(jiǎn)寫，sθ是sin(θ)的簡(jiǎn)寫，在機(jī)器人坐標(biāo)系下目標(biāo)軌跡點(diǎn)變換為：
32、
33、式中：r11，r12，…,r33為姿態(tài)描述參數(shù)，xi，yi，zi是目標(biāo)軌跡點(diǎn)的在機(jī)器人坐標(biāo)系下位置坐標(biāo)。
34、進(jìn)一步地，步驟s6具體為：若機(jī)器人無(wú)解或產(chǎn)生奇異解，設(shè)每次改變的外部軸步長(zhǎng)為δαi，則更新外部軸的位置為αi＝αi+δαi，修改旋轉(zhuǎn)軸角度，跳轉(zhuǎn)到步驟s4再次計(jì)算，直到機(jī)器人逆解滿足要求。
35、本專利技術(shù)的有益效果在于：
36、1、本申請(qǐng)是機(jī)器人與外部軸同步運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)軌跡光滑，更適合鋪絲、噴涂等需要連續(xù)光滑軌跡運(yùn)動(dòng)的情況。
37、2、本申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)機(jī)器人外部旋轉(zhuǎn)軸的控制策略，通過(guò)設(shè)定目標(biāo)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)的初始角度以及終止角度，迭代完成帶旋轉(zhuǎn)外部軸機(jī)器人的逆解。
38、3、本申請(qǐng)將目標(biāo)軌跡首先轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，然后制定機(jī)器人旋轉(zhuǎn)外部軸的控制策略，采用法矢優(yōu)先策略，獲得目標(biāo)軌跡點(diǎn)在機(jī)器人坐標(biāo)系下的位姿。接著對(duì)機(jī)器人進(jìn)行逆解，若遇到機(jī)器人奇異點(diǎn)則迭代修改外部軸的位置角度或者法矢角度，直到避免機(jī)器人奇異為止。最終實(shí)現(xiàn)帶旋轉(zhuǎn)外部軸機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)逆解。
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1.一種機(jī)器人旋轉(zhuǎn)外部軸法矢優(yōu)先控制策略及逆解方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人旋轉(zhuǎn)外部軸法矢優(yōu)先控制策略及逆解方法，其特征在于：步驟S1具體為：已知的目標(biāo)軌跡OG(O1,O2,…,On)，其中Oi(i∈1,2,…,n)表示軌跡曲線上離散的位姿點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)的位姿信息為Oi(oxi,oyi,ozi,opi,oqi,ori)，其中oxi,oyi,ozi是第i個(gè)軌跡點(diǎn)的位置坐標(biāo)量，opi,oqi,ori是第i個(gè)軌跡點(diǎn)的法向量，其目標(biāo)軌跡點(diǎn)坐標(biāo)系記為TG。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種機(jī)器人旋轉(zhuǎn)外部軸法矢優(yōu)先控制策略及逆解方法，其特征在于：步驟S2中，針對(duì)中間軌跡點(diǎn)，以各軌跡點(diǎn)的路徑長(zhǎng)度為插值節(jié)點(diǎn)進(jìn)行線性插值，計(jì)算得中間軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角度αi
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種機(jī)器人旋轉(zhuǎn)外部軸法矢優(yōu)先控制策略及逆解方法，其特征在于：步驟S3具體為：計(jì)算旋轉(zhuǎn)外部軸旋轉(zhuǎn)角度θi后，目標(biāo)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的新坐標(biāo)位姿Tnew；并計(jì)算此時(shí)目標(biāo)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的法向矢量角度Nαi；其中θi是第i個(gè)目標(biāo)軌跡點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)外部軸法向優(yōu)先角度值；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種機(jī)器人旋轉(zhuǎn)外部軸法矢優(yōu)先控制策略及逆解方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人旋轉(zhuǎn)外部軸法矢優(yōu)先控制策略及逆解方法，其特征在于：步驟s1具體為：已知的目標(biāo)軌跡og(o1,o2,…,on)，其中oi(i∈1,2,…,n)表示軌跡曲線上離散的位姿點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)的位姿信息為oi(oxi,oyi,ozi,opi,oqi,ori)，其中oxi,oyi,ozi是第i個(gè)軌跡點(diǎn)的位置坐標(biāo)量，opi,oqi,ori是第i個(gè)軌跡點(diǎn)的法向量，其目標(biāo)軌跡點(diǎn)坐標(biāo)系記為tg。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種機(jī)器人旋轉(zhuǎn)外部軸法矢優(yōu)先控制策略及逆解方法，其特征在于：步驟s2中，針對(duì)中間軌跡點(diǎn)，以各軌跡點(diǎn)的路徑長(zhǎng)度為插值節(jié)點(diǎn)進(jìn)行線性插值，計(jì)算得中間軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角度αi
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種機(jī)器人旋轉(zhuǎn)外部軸法矢優(yōu)先控制策略及逆解方法，其特征在于：步驟s3具體為：計(jì)算旋轉(zhuǎn)外部軸旋轉(zhuǎn)角度θi后，目標(biāo)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的新坐標(biāo)位姿tnew；并計(jì)算此時(shí)目標(biāo)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的法向矢量角度nαi；其中θi是第i個(gè)目標(biāo)軌跡點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)外部軸法向優(yōu)先角度值；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種機(jī)器人旋轉(zhuǎn)外部軸法矢優(yōu)先...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉華森，聶海平，彭志軍，謝林杉，周文博，賈定睿，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：成都飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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