[发明专利]一种轨迹跟踪控制方法及轨迹跟踪系统

说明书

本发明公开了四种轨迹跟踪控制方法及各自对应的轨迹跟踪系统，四种轨迹跟踪控制方法的基本思想都是一致的，都是先把传感器得到的以变动的传感器坐标系描述的轨迹信息固定化，即在检测后转化为适合整体记录轨迹信息的坐标系描述的形式进行标记，逐步呈现真实的轨迹，为后续求解目标提供基础，最后根据目标找到当前时刻工具应该呈现的理想状态或找到完成本次修正后在下一次修正时刻到来时要达到的状态，然后根据上述信息驱动执行器，修正工具的轨迹。上述四种轨迹跟踪控制方法以及各自对应的轨迹跟踪系统，克服了检测点超前带来的误差，能脱离示教信息独立运行，既能纠正工具的位置偏差，又能纠正工具的姿态偏差，轨迹跟踪效果好。

技术领域

本发明涉及轨迹自动跟踪技术领域，尤其涉及一种用于传感器由传感器支链驱动、工具由工具支链驱动的轨迹跟踪控制方法以及实现该轨迹跟踪控制方法的轨迹跟踪系统。

背景技术

焊接、涂胶、切割等作业是一类相似的常规操作，其共同特点都是沿着特定的轨迹进行操作，如果该特定的轨迹位置能利用传感器检测到，就可以用机器人等执行器对轨迹进行跟踪，从而实现自动化作业。

现有的轨迹跟踪系统中的先进者采用传感器来跟踪轨迹，例如弧焊机器人系统采用结构光视觉传感器来跟踪轨迹。轨迹跟踪系统中的执行器自身有一个通过示教信息或规划等手段预定的任务轨迹，工具附着于执行器上，传感器附着于执行器的关节上或传感器直接附着于工具上，执行器能根据该预定的任务轨迹生成驱动信息，使工具沿着预定的任务轨迹运行，而轨迹跟踪系统仅能简单地把传感器采集、提取的轨迹偏差信息直接反馈到执行器中，对预定的任务轨迹进行修正。由于传感器一般设置在执行器的前端，所以在轨迹跟踪过程中传感器检测位置与工具位置不一致，而现有的用于轨迹跟踪的传感器，仅能向外部提供其检测到的相对于其自身的轨迹偏差信息，该轨迹控制系统中采用的轨迹跟踪控制方法忽略了传感器检测位置与工具位置不一致的问题，粗略地将传感器检测到的位置偏差直接用于对工具位置的纠偏。这种方法是基于传感器检测到的轨迹偏差信息，无偏不纠，那么即便工具当前位置没有偏差，按照预定的任务轨迹前进后，下一时刻工具位置也会产生偏差，所以理论上无法实现全程无偏差的跟踪，只能把偏差减小到不大于每前进一步造成的新偏差，因而只有在轨迹的曲率半径较大或者轨迹的波动较小的情况下才能较好地实现轨迹跟踪目的，但是在轨迹的曲率半径较小或者轨迹的波动较大的情况下进行轨迹跟踪就会产生较大的轨迹跟踪误差，甚至无法完成轨迹跟踪目的。目前组建跟踪系统繁琐，而且对于轨迹，尤其是空间曲线轨迹，尚无通用的轨迹跟踪控制方法及实现轨迹跟踪控制方法的轨迹跟踪系统。

发明内容

焊接、涂胶、切割等作业是一类相似的常规操作，其共同特点都是沿着特定的轨迹进行操作，轨迹是一条任意弯曲的、有“姿态”的线段，是工具在理想状态下工作时跟踪的目标，轨迹所在工件表面在检测点处“朝向哪个方向”的特性，这里将感知轨迹所在工件是表面在检测点处“朝向哪个方向”的特性称为轨迹的“姿态”，上述特定的轨迹都可以抽象成一条直线段或曲线段，这条直线段或曲线段就是轨迹跟踪系统所要跟踪的轨迹，这里将其称为轨迹特征线。

本发明所需解决的技术问题是：提供一种通用的、能脱离示教信息独立运行、能实现自动跟踪且跟踪效果好的轨迹跟踪控制方法及轨迹跟踪系统，该轨迹跟踪控制方法及轨迹跟踪系统适用于传感器由传感器支链驱动、工具由工具支链驱动的场合。

为解决上述问题，本发明所述的第一种轨迹跟踪方法是利用传感器事先检测轨迹的特点，采用坐标变换的方法，把传感器检测的轨迹原始位置信息标记到工件坐标系或世界坐标系中，形成一个由多个检测点构成的轨迹位置信息集合{Q}，然后根据轨迹位置信息集合{Q}确定下一时刻传感器的检测点应该到达的正确位置及传感器的检测点位于该正确位置时传感器所呈现的姿态，以及根据轨迹位置信息集合{Q}确定下一时刻工具的目标位置应该到达的正确位置及工具的目标位置位于该正确位置时工具所呈现的姿态，该方法克服了检测点超前带来的误差。