[发明专利]一种双机器人协同旋转的路径规划方法和装置

说明书

本发明涉及一种双机器人协同旋转的路径规划方法和装置，所述方法用于对所述机器人末端六轴相对于所述工件的圆弧路径插补方法；包括二机器人相对世界坐标z轴对立放置，依据夹持工件的尺寸设定路径圆弧半径，设置路径偏转角，执行协同旋转工况；依据机器人平台布置的相对关系及机器人标准D‑H参数，获取二机器人末端基坐标的齐次变换矩阵；分别对二机器人进行坐标旋转插补和基于空间几何的控制点坐标向量插补，生成控制点关于机器人基坐标的齐次变换矩阵；依据逆动力学，求解控制点齐次变换矩阵对应的关节坐标角度变量。本发明能够精确控制双机器人末端执行器参照待加工工件尺寸执行各偏转角度下的圆弧路径，轨迹圆度误差小，具有普遍适用性。

技术领域

本发明涉及多机器人协同的路径规划技术领域，尤其是涉及一种双机器人协同旋转的路径规划方法和装置。

背景技术

多机器人系统是机器人学研究的一个重要方向，相比单机器人系统能实现更复杂工况且鲁棒性更强。双机器人协同作业是多机器人系统的一个重要分支，作为双机器人协同的重要运动工况，双机器人绕中心点协同旋转可实现工件在空间中的灵巧多姿态变换，满足各种复杂作业需求。如钢板弧形弯折加工，空间三维复杂焊缝的焊接加工等。

串联机器人路径规划包含大量机器人末端执行器的姿态变换，机器人姿态描述有四元数，旋转矩阵和欧拉角三种，使用四元数表示旋转可灵活匹配标定坐标系内的任意旋转轴和旋转角度，有效避免万向节锁问题。旋转矩阵与四元数之间存在简洁的等效变换关系，在插补计算中广泛应用。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种无差别适用的双机器人协同旋转的路径规划方法和装置，能够在双机器人协同作业的实际工况下，精确控制双机器人末端执行器相对于路径圆弧中心点执行协调旋转工况，且具有普遍适用性。

一种双机器人协同旋转的路径规划方法，应用于一双机器人协同系统，所述系统包括二机器人，所述二机器人均包含用以共同夹持待加工工件的末端执行器，所述方法用于对所述机器人末端第六轴进行空间中多角度绕中心点协同旋转运动的路径规划，所述方法包括：

在单个机器人独立建模的基础上，建立机器人平台的相互位置关系，构造具有相对坐标变换的运动学系统；

依据机器人平台布置策略，设置世界坐标系，标定两机器人的基坐标系与末端坐标系；

以两机器人各基坐标系为中心坐标，依据标准D-H参数为基本运动学参数，求取机器人末端坐标的齐次变换矩阵基本形式；

在所述机器人系统协同旋转工况上建立路径圆弧模型，设对称中心坐标系为路径基作为原点；

依据已知路径偏转角和路径圆弧半径，计算路径初始控制点的齐次变换矩阵；

在所述路径初始控制点的齐次变换矩阵中，提取三维旋转矩阵进行基于四元数的坐标旋转插补；

在所述路径初始控制点的齐次变换矩阵中，提取初始坐标向量进行基于空间几何的控制点坐标向量插补；

基于逆动力学的齐次变换矩阵转换，获取最终控制点的关节控制角度。

进一步地，在三位旋转坐标的插补过程中考虑圆弧轴向偏移量的影响，依据圆弧轴向偏移量的限制求解控制点的最大间隔角度值。

进一步地，由初始控制点的齐次变换矩阵提取三维旋转矩阵记cos＝c,sin＝s，与控制点相对点P坐标系坐标向量的一般形式为r为路径圆弧半径；路径圆弧插补可表述为旋转与坐标向量两个插补环节：