一種機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明所述的一種機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法和系統(tǒng)，涉及工業(yè)過程中的機(jī)器人示教領(lǐng)域，其包括：在對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教過程中，采集示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)；根據(jù)示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)，用多結(jié)點(diǎn)樣條插值函數(shù)以及最小二乘擬合方法，得到示教軌跡曲線。本發(fā)明還用一個(gè)弧長誤差控制的插補(bǔ)算法，實(shí)現(xiàn)示教再現(xiàn)動(dòng)作的平滑。本發(fā)明能夠適用于一般情況下的機(jī)器人示教，并且能夠獲得精確的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡。具有空間軌跡規(guī)劃準(zhǔn)確、前瞻誤差控制和示教動(dòng)作平滑的特點(diǎn)，可用于實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)過程中機(jī)器人的示教軌跡規(guī)劃。
【專利說明】一種機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)過程中的機(jī)器人研究領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾十年來，機(jī)器人示教一直是機(jī)器人研究領(lǐng)域中的熱門研究課題之一。當(dāng)前，機(jī)器人示教大致可以分為在線示教和離線示教兩種。其中在線示教方法簡單直接，是目前工業(yè)機(jī)器人的基本工作方式，但對(duì)于復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡，將很難使用在線示教方法進(jìn)行規(guī)劃。離線示教則是在圖形軟件環(huán)境中，建立機(jī)器人幾何模型，通過機(jī)器人幾何模型控制和操作圖形，規(guī)劃出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后生成相應(yīng)的機(jī)器人控制程序。這種離線示教可在不影響機(jī)器人工作的情況下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃。
[0003]機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃目前大多采用多項(xiàng)式插值的方法。例如國內(nèi)專利號(hào)為CN201210001503.1的基于NC代碼的工業(yè)機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法，該專利利用三次多項(xiàng)式或者五次多項(xiàng)式復(fù)合插值法，對(duì)機(jī)器人的連續(xù)路徑進(jìn)行規(guī)劃，獲得機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡。這種采用多項(xiàng)式插值的軌跡規(guī)劃方法要獲得較高的精度，需要合理確定選擇所用的多項(xiàng)式次數(shù)，且不能在規(guī)劃前對(duì)其規(guī)劃誤差進(jìn)行控制，要達(dá)到所需的規(guī)劃精度，通常需要經(jīng)過多次多項(xiàng)式組合的優(yōu)化計(jì)算，且一旦目標(biāo)精度改變，需要重新規(guī)劃計(jì)算。因此現(xiàn)有技術(shù)采用這種多項(xiàng)式插值對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教軌跡規(guī)劃的方法，難于確定所需的多項(xiàng)式次數(shù)，優(yōu)化計(jì)算過程較復(fù)雜。而且采用這種多項(xiàng)式插值對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教軌跡規(guī)劃獲得的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡精度不能預(yù)先控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種可用于機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法，能夠適用于一般情況下的機(jī)器人示教，并且能夠獲得精確的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法難于確定所需的多項(xiàng)式次數(shù)，優(yōu)化計(jì)算過程較復(fù)雜，且獲得的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡精度不能預(yù)先控制的問題。
[0005]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]本發(fā)明提供一種機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法，其包括:
[0007]在對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教過程中，采集示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)；
[0008]根據(jù)示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)，用多結(jié)點(diǎn)樣條插值函數(shù)以及最小二乘擬合方法，得到示教軌跡曲線。
[0009]更進(jìn)一步地，所述根據(jù)示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)，用多結(jié)點(diǎn)樣條插值函數(shù)以及最小二乘擬合方法，得到示教軌跡曲線的過程，包括:
[0010]利用最小二乘方法，以使示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)的殘差平方和最小為原則，反求多結(jié)點(diǎn)樣條插值函數(shù)的控制系數(shù)；
[0011]根據(jù)得到的控制系數(shù)，求得機(jī)器人示教軌跡曲線的多結(jié)點(diǎn)樣條插值擬合函數(shù)；[0012]利用所述多結(jié)點(diǎn)樣條插值擬合函數(shù)，獲得機(jī)器人示教軌跡曲線。
[0013]更進(jìn)一步地，所述的機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法還包括:
[0014]離散化所述示教軌跡曲線，采用搜索區(qū)間二分法，獲得弧長誤差控制下的機(jī)器人不教軌跡曲線的弧長插補(bǔ)點(diǎn)；
[0015]利用所述插補(bǔ)點(diǎn)，優(yōu)化所述機(jī)器人示教軌跡曲線。
[0016]更進(jìn)一步地，所述離散所述軌跡曲線，采用搜索區(qū)間二分法，獲得弧長誤差控制下的機(jī)器人示教軌跡曲線的弧長插補(bǔ)點(diǎn)的過程，包括:
[0017]根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的要求，給出距示教軌跡曲線起始點(diǎn)的弧長和相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ)弧長誤差；
[0018]利用給出的插補(bǔ)弧長誤差，采用Gauss積分方法求取所述距示教軌跡曲線起始點(diǎn)的弧長的積分計(jì)算誤差；
[0019]以所述積分計(jì)算誤差都落在設(shè)定的理論弧長公差范圍內(nèi)為原則，構(gòu)建誤差模型；
[0020]根據(jù)所述誤差模型，利用所述距示教軌跡曲線起始點(diǎn)的弧長，設(shè)定的理論弧長公差范圍，采用搜索區(qū)間二分法確定機(jī)器人示教軌跡的弧長插補(bǔ)點(diǎn)。
[0021]本發(fā)明還提供一種機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃系統(tǒng)，其包括:
[0022]采集單元，用于在對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教過程中采集示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)；
[0023]示教軌跡規(guī)劃單元，用于根據(jù)示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)，用多結(jié)點(diǎn)樣條插值函數(shù)以及最小二乘擬合方法，得到示教軌跡曲線。
[0024]更進(jìn)一步地，所述的機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃系統(tǒng)，還包括:插補(bǔ)點(diǎn)計(jì)算單元，用于離散化所述示教軌跡曲線，采用搜索區(qū)間二分法，獲得弧長誤差控制下的機(jī)器人示教軌跡曲線的弧長插補(bǔ)點(diǎn)；所述的示教軌跡規(guī)劃單元還用于利用所述插補(bǔ)點(diǎn)優(yōu)化所述機(jī)器人示教軌跡曲線。
[0025]由上述本發(fā)明的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明根據(jù)示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)，用多結(jié)點(diǎn)樣條插值函數(shù)以及最小二乘擬合方法，得到示教軌跡曲線。因此能夠適用于一般情況下的機(jī)器人示教，并且能夠獲得精確的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡。本發(fā)明具有空間軌跡規(guī)劃準(zhǔn)確、前瞻誤差控制和示教動(dòng)作平滑的特點(diǎn)，可用于實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)過程中機(jī)器人的示教軌跡規(guī)劃。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的一種機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法實(shí)施流程圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的弧長誤差控制下機(jī)器人示教軌跡插補(bǔ)點(diǎn)計(jì)算流程例圖；
[0028]圖3為本發(fā)明的機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例
[0029]為使本發(fā)明專利的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明專利作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0030]本發(fā)明提供了一種機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法，其獲得示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)位置；根據(jù)軌跡的空間的關(guān)鍵點(diǎn)系列，充分利用多結(jié)點(diǎn)樣條函數(shù)具有的良好局部性、顯式不求解方程組特性、插值性，以及求解時(shí)無需給出結(jié)點(diǎn)切線信息，結(jié)點(diǎn)增多時(shí)插值多項(xiàng)式的階數(shù)保持不變等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人空間軌跡曲線擬合，得到示教空間軌跡曲線；并離散化空間軌跡曲線，獲得弧長誤差控制下的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的插補(bǔ)點(diǎn)，并利用該插補(bǔ)點(diǎn)優(yōu)化示教的軌跡曲線。具體的工作原理和實(shí)施過程如圖1所示，包括:
[0031]步驟SlOl，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教，獲得示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)。
[0032]對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教，獲得相應(yīng)的空間關(guān)鍵點(diǎn)序列數(shù)據(jù)，將該空間關(guān)鍵點(diǎn)記為(UjiYj), j = l,2,...,m0 其中 m 為自然數(shù)。
[0033]步驟S102，根據(jù)示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)，用多結(jié)點(diǎn)樣條插值函數(shù)以及最小二乘擬合方法，得到示教軌跡曲線；具體如下:
[0034]在機(jī)器人軌跡擬合規(guī)劃的應(yīng)用中，使用分段的低次多結(jié)點(diǎn)樣條函數(shù)大多可以得到滿意的結(jié)果。本發(fā)明以采用3次多結(jié)點(diǎn)樣條插值擬合機(jī)器人空間軌跡曲線為例進(jìn)行說明，其中3次多結(jié)點(diǎn)樣條基函數(shù)的具體表達(dá)式:
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述的機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法包括: 在對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教過程中，采集示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)； 根據(jù)示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)，用多結(jié)點(diǎn)樣條插值函數(shù)以及最小二乘擬合方法，得到示教軌跡曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述根據(jù)示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)，用多結(jié)點(diǎn)樣條插值函數(shù)以及最小二乘擬合方法，得到示教軌跡曲線的過程，包括: 利用最小二乘方法，以使示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)的殘差平方和最小為原則，反求多結(jié)點(diǎn)樣條插值函數(shù)的控制系數(shù)； 根據(jù)得到的控制系數(shù)，求得機(jī)器人示教軌跡曲線的多結(jié)點(diǎn)樣條插值擬合函數(shù)； 利用所述多結(jié)點(diǎn)樣條插值擬合函數(shù)，獲得機(jī)器人示教軌跡曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，所述的機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法還包括: 離散化所述示教軌跡曲線，采用搜索區(qū)間二分法，獲得弧長誤差控制下的機(jī)器人示教軌跡曲線的弧長插補(bǔ)點(diǎn)； 利用所述插補(bǔ)點(diǎn)，優(yōu)化所述機(jī)器人示教軌跡曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，其特征在于，所述離散所述軌跡曲線，采用搜索區(qū)間二分法，獲得弧長誤差控制下的機(jī)器人示教軌跡曲線的弧長插補(bǔ)點(diǎn)的過程，包括: 根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的要求，給出距示教軌跡曲線起始點(diǎn)的弧長和相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ)弧長誤差； 利用給出的插補(bǔ)弧長誤差，采用Gauss積分方法求取所述距示教軌跡曲線起始點(diǎn)的弧長的積分計(jì)算誤差； 以所述積分計(jì)算誤差都落在設(shè)定的理論弧長公差范圍內(nèi)為原則，構(gòu)建誤差模型； 根據(jù)所述誤差模型，利用所述距示教軌跡曲線起始點(diǎn)的弧長，設(shè)定的理論弧長公差范圍，采用搜索區(qū)間二分法確定機(jī)器人示教軌跡的弧長插補(bǔ)點(diǎn)。
5.一種機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，所述的機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃系統(tǒng)包括: 采集單元，用于在對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教過程中采集示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)； 示教軌跡規(guī)劃單元，用于根據(jù)示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)，用多結(jié)點(diǎn)樣條插值函數(shù)以及最小二乘擬合方法，得到示教軌跡曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于， 所述的機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃系統(tǒng)，還包括:插補(bǔ)點(diǎn)計(jì)算單元，用于離散化所述示教軌跡曲線，采用搜索區(qū)間二分法，獲得弧長誤差控制下的機(jī)器人示教軌跡曲線的弧長插補(bǔ)點(diǎn)；所述的示教軌跡規(guī)劃單元還用于利用所述插補(bǔ)點(diǎn)優(yōu)化所述機(jī)器人示教軌跡曲線。
【文檔編號(hào)】G05B19/423GK103645725SQ201310745783
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】程韜波, 葉廷東, 周松斌, 劉哲, 李昌 申請(qǐng)人:廣東省自動(dòng)化研究所