[发明专利]一种机器人示教轨迹规划方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及工业过程中的机器人研究领域，尤其涉及一种机器人示教轨迹规划技术。

背景技术

近几十年来，机器人示教一直是机器人研究领域中的热门研究课题之一。当前，机器人示教大致可以分为在线示教和离线示教两种。其中在线示教方法简单直接，是目前工业机器人的基本工作方式，但对于复杂的运动轨迹,将很难使用在线示教方法进行规划。离线示教则是在图形软件环境中，建立机器人几何模型，通过机器人几何模型控制和操作图形，规划出机器人的运动轨迹，然后生成相应的机器人控制程序。这种离线示教可在不影响机器人工作的情况下实现复杂空间运动轨迹的规划。

机器人的空间运动轨迹规划目前大多采用多项式插值的方法。例如国内专利号为CN201210001503.1的基于NC代码的工业机器人轨迹规划方法，该专利利用三次多项式或者五次多项式复合插值法，对机器人的连续路径进行规划，获得机器人的运动轨迹。这种采用多项式插值的轨迹规划方法要获得较高的精度，需要合理确定选择所用的多项式次数，且不能在规划前对其规划误差进行控制，要达到所需的规划精度，通常需要经过多次多项式组合的优化计算，且一旦目标精度改变，需要重新规划计算。因此现有技术采用这种多项式插值对机器人进行示教轨迹规划的方法，难于确定所需的多项式次数，优化计算过程较复杂。而且采用这种多项式插值对机器人进行示教轨迹规划获得的机器人运动轨迹精度不能预先控制。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种可用于机器人示教轨迹规划方法，能够适用于一般情况下的机器人示教，并且能够获得精确的机器人运动轨迹，解决现有技术对机器人示教轨迹规划方法难于确定所需的多项式次数，优化计算过程较复杂，且获得的机器人运动轨迹精度不能预先控制的问题。

本发明通过如下技术方案实现：

本发明提供一种机器人示教轨迹规划方法，其包括：

在对机器人进行示教过程中，采集示教轨迹的空间关键点；

根据示教轨迹的空间关键点，用多结点样条插值函数以及最小二乘拟合方法，得到示教轨迹曲线。

更进一步地，所述根据示教轨迹的空间关键点，用多结点样条插值函数以及最小二乘拟合方法，得到示教轨迹曲线的过程，包括：

利用最小二乘方法，以使示教轨迹的空间关键点的残差平方和最小为原则，反求多结点样条插值函数的控制系数；

根据得到的控制系数，求得机器人示教轨迹曲线的多结点样条插值拟合函数；

利用所述多结点样条插值拟合函数，获得机器人示教轨迹曲线。

更进一步地，所述的机器人示教轨迹规划方法还包括：

离散化所述示教轨迹曲线，采用搜索区间二分法，获得弧长误差控制下的机器人示教轨迹曲线的弧长插补点；

利用所述插补点，优化所述机器人示教轨迹曲线。

更进一步地，所述离散所述轨迹曲线，采用搜索区间二分法，获得弧长误差控制下的机器人示教轨迹曲线的弧长插补点的过程，包括：

根据机器人运动的要求，给出距示教轨迹曲线起始点的弧长和相应的运动轨迹插补弧长误差；

利用给出的插补弧长误差，采用Gauss积分方法求取所述距示教轨迹曲线起始点的弧长的积分计算误差；

以所述积分计算误差都落在设定的理论弧长公差范围内为原则，构建误差模型；

根据所述误差模型，利用所述距示教轨迹曲线起始点的弧长，设定的理论弧长公差范围，采用搜索区间二分法确定机器人示教轨迹的弧长插补点。

本发明还提供一种机器人示教轨迹规划系统，其包括：

采集单元，用于在对机器人进行示教过程中采集示教轨迹的空间关键点；

示教轨迹规划单元，用于根据示教轨迹的空间关键点，用多结点样条插值函数以及最小二乘拟合方法，得到示教轨迹曲线。

更进一步地，所述的机器人示教轨迹规划系统，还包括：插补点计算单元，用于离散化所述示教轨迹曲线，采用搜索区间二分法，获得弧长误差控制下的机器人示教轨迹曲线的弧长插补点；所述的示教轨迹规划单元还用于利用所述插补点优化所述机器人示教轨迹曲线。

由上述本发明的技术方案可以看出，本发明根据示教轨迹的空间关键点，用多结点样条插值函数以及最小二乘拟合方法，得到示教轨迹曲线。因此能够适用于一般情况下的机器人示教，并且能够获得精确的机器人运动轨迹。本发明具有空间轨迹规划准确、前瞻误差控制和示教动作平滑的特点，可用于实现对工业过程中机器人的示教轨迹规划。

附图说明

图1为本发明的一种机器人示教轨迹规划方法实施流程图；