[发明专利]一种六关节工业机器人通过姿态奇点的控制方法及系统

说明书

本发明属于工业机器人运动控制领域，并具体公开了一种六关节工业机器人通过姿态奇点的控制方法及系统，包括如下步骤：1)截取姿态奇点所处工业机器人预设的规划路径中的一段轨迹，获取轨迹起点的位置值和后三个关节变量值以及终点的位置值和后三个关节变量值；2)以插补方式获得姿态奇点位置的后三个关节变量值；3)求取姿态奇点位置对应的前三个关节变量值；4)以所述姿态奇点位置对应的后三个关节变量值以及前三个关节变量值作为工业机器人在姿态奇点位置对应的运动控制参数，实现工业机器人的运动控制，以此使得六关节工业机器人顺利通过姿态奇点。本发明在不改变原有规划路径的前提下使得机器人顺利通过姿态奇点，简单易行且效率高。

技术领域

本发明属于工业机器人运动控制领域，更具体地，涉及一种六关节工业机器人通过姿态奇点的控制方法及系统。

背景技术

运动控制指令是实现以指定速度、特定路线模式等将工具从一个位置移动到另一个指定位置，在使用运动指令时需指定采用什么运动方式来控制到达指定位置的运动路径，机器人运动的类型有三种：关节运动(J)、直线运动(L)、圆弧运动(C)。六关节工业机器人的后三个关节轴线交于一点，当机器人第四关节和第六关节轴线重合，运动相互抵消，机器人将丧失一个自由度，此为机器人俯/仰关节属性的临界点，也是机器人的内部奇异形位，可称为机器人的姿态奇点。当处于姿态奇点时，机器人的运动类型为直线运动或者圆弧运动，此时运动控制器不知该如何选取第四关节和第六关节的值，导致机械臂失控并发出警报，使机器人无法按照规划的路径通过姿态奇点，这种情况在实际应用中经常出现，不仅使机器人的运动空间缩小，而且给生产带来了很大的不便。

目前对于工业机器人的姿态奇点主要有以下三种处理方法：1)避让机器人的姿态奇点：当遇到姿态奇点时，改变机器人的运动路径从而避让奇异形位；2)路径规划方法：采用对姿态奇点进行路径规划的方法使得机器人通过姿态奇点，通过迭代运算得到关节变量值的解析解；3)调整姿态法：当处于姿态奇点时，第四关节和第六关节的关节变量的和或差为定值，通过协调两者的值使得机器人通过姿态奇点。

然而进一步的研究表明，上述方法仍然存在以下问题：避让姿态奇点法虽然使机器人从姿态奇点附近的路径通过，避开了姿态奇点，但是其改变了机器人原有的路径并且具有盲目性，需要对机器人所有的姿态奇点进行避让，可操作性不强，同时也使得机器人的空间范围缩小；路径规划方法是对姿态奇点所处的路径重新进行规划，采用复杂的迭代运算求得机器人关节变量的解析解，不能得到精确的数值解，使得机器人不能准确的通过姿态奇点，并且计算繁琐，工作量较大；调整姿态法虽然可以使得机器人准确的通过姿态奇点，但是在协调运动的过程中机器人处于停留状态，使得机器人的效率降低，并且可能导致协调后的运动速度不连续，给实际生产带来不便。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种六关节工业机器人通过姿态奇点的控制方法及系统，其采用插补替换机器人末端姿态的方式，在不改变原有规划路径的前提下使得机器人顺利通过姿态奇点，由此解决目前因姿态奇点导致机器人运动范围受限的技术问题，具有简单易行、运算效率高、适用性强等特点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种六关节工业机器人通过姿态奇点的控制方法，其包括如下步骤：

(1)截取姿态奇点所处工业机器人预设的规划路径中的一段轨迹，获取该轨迹起点对应的位置值和后三个关节变量值以及该轨迹终点对应的位置值和后三个关节变量值；

(2)根据所述起点的后三个关节变量值以及终点的后三个关节变量值以插补的方式获得姿态奇点位置对应的后三个关节变量值；

(3)建立运动学反解方程求取姿态奇点位置对应的前三个关节变量值；

(4)以所述姿态奇点位置对应的后三个关节变量值以及前三个关节变量值作为工业机器人在姿态奇点位置对应的运动控制参数，实现工业机器人的运动控制，以此使得六关节工业机器人顺利通过姿态奇点。