[发明专利]一种误差可控的四轴工业机器人圆弧过渡式平顺轨迹生成方法有效

专利信息
申请号: 201910150505.9 申请日: 2019-02-28
公开(公告)号: CN109676613B 公开(公告)日: 2021-10-12
发明(设计)人: 何姗姗;颜昌亚;李振瀚;邓炎超;黄昆涛 申请(专利权)人: 武汉工程大学
主分类号: B25J9/16 分类号: B25J9/16
代理公司: 湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102 代理人: 唐万荣;杨晓燕
地址: 430074 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 误差 可控 工业 机器人 圆弧 过渡 平顺 轨迹 生成 方法
【权利要求书】:

1.一种误差可控的四轴工业机器人圆弧过渡式平顺轨迹生成方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1、四轴工业机器人轨迹预处理:将线性轨迹按照位置距离和夹角分成需平顺轨迹段和不需平顺轨迹段;

步骤2、需平顺轨迹段平顺:遍历步骤1生成的需平顺轨迹段,对每一段需平顺轨迹段按照轨迹点误差阈值、位置点弦高误差阈值和连续性要求采用几何迭代法生成圆弧过渡式平顺轨迹,具体如下:

步骤2.1、初始迭代参数设定,设当前线性轨迹段的四维轨迹点为轨迹点个数N≥2,记为原始轨迹点,设平顺后的轨迹需满足的位置距离误差阈值为εmax,位置弦高误差阈值记为δmax,姿态点夹角误差阈值omax,迭代次数阈值kmax,设置当前迭代次数为k=0,迭代轨迹点记为

步骤2.2、遍历索引i=1,2,…N-1,根据位置点弦高误差约束、G1连续性约束和保形约束分别生成迭代轨迹点处的过渡圆弧轨迹

首先分别计算和的位置距离di-1和di,以及位置点夹角βi,并计算di-1和di的较小值dmin=min(di-1,di);

然后根据位置点弦高误差约束和保形约束计算前后位置点的过渡比例ri-1和ri,首先计算前后位置点的过渡长度为:然后计算两个过渡比例:其中0α1为保形参数,代表两段过渡圆弧之间的线性轨迹段占整个轨迹段的距离比例;

最后根据G1连续条件和两个过渡比例计算四维圆弧的起点终点和圆心

步骤2.3、遍历索引i=1,2,…N-1,计算第i条过渡圆弧与原始轨迹点Qi的轨迹点误差:

首先根据步骤2.2中的起点、终点和圆心构造四维圆弧其中前三维为欧式空间的圆弧曲线,第四维为旋转角随圆弧同步变化生成的曲线;

其中t∈[0,1],αi=180°-βi,

然后计算四维圆弧轨迹的参数中点作为轨迹点误差最大点:

最后计算过渡圆弧与原始轨迹点Qi的轨迹点误差,轨迹点误差包括位置距离误差和姿态点夹角误差,分别计算的三维位置距离和姿态夹角距离作为位置距离误差和姿态点夹角误差;

步骤2.4、计算所有过渡圆弧与原始轨迹点的最大位置距离误差和最大姿态点夹角误差若小于位置距离误差阈值εmax,且小于姿态点夹角误差阈值omax,或者当前迭代次数k大于迭代次数阈值kmax,终止迭代并输出圆弧平顺轨迹转步骤2.6;否则,转步骤2.5;

步骤2.5、遍历i=1,…N-1,根据原始轨迹点Qi和轨迹点误差最大点计算偏移向量并更新迭代轨迹点:令k=k+1,转步骤2.2;

步骤2.6、对步骤2.4输出的平顺轨迹进行整理并输出,平顺后的轨迹由N条四维线性轨迹和(N-1)条四维圆弧平顺轨迹组合而成,按顺序依次是:线性轨迹平顺圆弧轨迹线性轨迹平顺圆弧轨迹平顺圆弧轨迹线性轨迹

2.根据权利要求1所述的误差可控的四轴工业机器人圆弧过渡式平顺轨迹生成方法,其特征在于,所述步骤1具体包括如下步骤:

步骤1.1、根据分段阈值计算分段索引集合,输入连续两个轨迹点以上的轨迹段,输出分段索引;设输入的四轴工业机器人的轨迹点集合为其中每个轨迹点Pi(xi,yi,zii)为位置(xi,yi,zi)和姿态即绕Z轴旋转的角度θi组成的四维向量,位置分段条件以位置距离阈值δd和位置夹角阈值δa作为指标;

遍历轨迹点索引i=1,2,…N-1,分别判断索引i是否满足位置分段条件:

首先计算轨迹段Pi-1Pi和PiPi+1两段的位置距离di-1和di,若di-1或di小于位置距离阈值δd,则认为索引i满足位置分段条件;否则,计算轨迹段Pi-1Pi和PiPi+1的位置夹角ai,若sin ai小于位置夹角阈值δa,则认为索引i满足位置分段条件;否则认为索引i不满足位置分段条件;将满足位置分段条件的索引i加入分段索引集合,默认将首尾索引0,N加入分段索引集合的首尾;

步骤1.2、根据分段索引集合分段,将一整段轨迹段根据分段索引集合分成若干轨迹段,其中轨迹段中轨迹点个数大于2的轨迹段记为需平顺轨迹段,用于下个步骤的轨迹平顺;否则记为不需平顺轨迹段,按照线性轨迹输出到平顺后的轨迹中;

步骤1.3、姿态预处理,根据两个轨迹之间劣弧优先的原则遍历轨迹点索引i=1,2,…N,若相邻两个轨迹点Pi-1,Pi的姿态的夹角距离oi-1大于180°,oi-1=|θii-1|,则修改Pi的第四维姿态角:若θi0,则修改为Pi(xi,yi,zii-360°);否则修改为Pi(xi,yi,zii+360°)。

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