[发明专利]在机器人运动规划中避免运动学奇异点的方法及装置

说明书

本发明涉及一种在机器人运动规划中避免运动学奇异点的方法。该方法包括：建立工业机器人的运动学模型；根据运动学模型求出预规划路径的路径点的运动学反解并根据所求出的运动学反解建立工业机器人关节空间的运动学轨迹；当判定运动学轨迹经过球形腕运动学奇异点时，则将预规划路径的起始点的角度进行微小偏转而得到新的规划路径，然后根据新的运动学反解建立工业机器人关节空间的新的运动学轨迹；当判定新的运动学轨迹仍经过球形腕的运动学奇异点时，放弃执行上述述预规划路径；当判定新的运动学轨迹不经过球形腕的任何运动学奇异点时，执行新的规划路径。本发明还涉及一种在机器人运动规划中避免运动学奇异点的装置。

技术领域

本发明涉及一种在机器人运动规划中避免运动学奇异点的方法，具体而言，是一种在球形腕工业机器人运动规划中避免运动学奇异点的方法。本发明还涉及一种在机器人运动规划中避免运动学奇异点的装置，具体而言，是一种在球形腕工业机器人运动规划中避免运动学奇异点的装置。

背景技术

随着劳动力成本的不断提高以及工业机器人控制、规划、识别方法的不断发展，用工业机器人代替人工进行自动化生产的程度越来越高。但目前工业中，常用的带有球形腕的工业机器人在执行复杂环境中的未知操作时，常常会遇到运动学奇异点，严重影响了其通用性和实用性。

机器人相邻的三个旋转关节的转轴交于同一点即为球形腕。对于带有球形腕的工业机器人，当球形腕第二转轴角度接近0度时，球形腕第一转轴和第三转轴接近重合，即形成腕部奇异点。奇异点会导致机器人在执行空间中指定路径的时候，关节旋转速度过大，导致性能降低、实用性降低，甚至可能发生危险。因此，简单高效的、用于避免运动学奇异点的规划算法对于工业机器人的实用性至关重要。

中国发明专利CN101549495B披露了一种避免奇异点发生的机器人控制方法，在该方法中，在试运行阶段检测和计算奇异点并将其存入数据库中，然后在正式运行阶段则将实际运行过程中的检测和计算结果与数据库中的数据相比较，修正机器人的运行轨迹而避免奇异点的发生。

中国发明专利申请CN103802114A披露了一种工业机器人奇异点处理方法及装置，在该方法中，建立机器人的运动学模型，获取机器人运动学的正反解，并据此获得工业机器人处于奇异点的条件值，根据所述条件值判断工业机器人是否处于奇异点，如果是，则控制工业机器人通过该奇异点。

中国发明专利CN105382835B披露了一种可穿越腕部奇异点的机器人路径规划方法，在该方法中，包括拖拽机器人的末端完成一次完整的作业的示教步骤。

中国发明专利申请CN105772905A披露了一种基于弧焊机器人系统的斜交偏置管轨迹规划方法，该方法中建立了相应的斜交偏置管数学模型并求取了空间焊接曲线方程，结合曲线论中弗莱纳－雪列三元空间矢量原理，求出了该空间焊缝路径上各离散点的位姿曲线，并对焊枪的姿态进行了规划，最后通过一种特殊的示教方式标定了在实际焊接时斜交偏置管坐标系与机器人基座标系之间的关系。

因此，仍然需要一种能够自动进行、无需事先示教的用于在球形腕工业机器人运动规划中避免运动学奇异点的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在带有球形腕的工业机器人的运动规划中避免该工业机器人由于球形腕引入的运动学奇异点。