[发明专利]一种铸锭过程动态除渣的机器人轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种铸锭过程动态除渣的机器人轨迹规划方法。先根据图像得出铸模在任务空间的位置和速度；然后由轨迹规划算法的运行时间和工业机器人的初始关节角度速度，确定运动轨迹的执行时间的搜索区间；利用轨迹规划算法的运行时间和轨迹的执行时间计算出机器人跟踪上了铸模时的位置；再使用五次多项式插值方法进行关节空间轨迹规划；最后利用二分法得到搜索区间中满足机器人关节空间物理约束的最小运动轨迹的执行时间，即得到跟踪上铸模运动的时间最优轨迹，然后在跟踪铸模运动同时完成扒渣操作。本发明通过视觉信息对动态目标物位置进行预测，再对机器人进行轨迹规划，解决了机器人动态目标跟踪轨迹规划时间最优问题，并实现了动态除渣操作。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种铸锭过程动态除渣的机器人轨迹规划方法。

背景技术

有色金属(铝、铜、铅、锌等)是国民经济建设和国防工业的重要基础保障，影响着国家发展的方方面面。然而，我国虽然是有色冶金生产大国，但不是有色冶金生产强国。在熔融液态金属注入铸模时及之后的输送过程中，高温液态金属与空气接触的表面会不断被氧化形成悬浮于液体表面的固体氧化渣。为保证冷却成形后的金属锭表面质量有所提升，将这些氧化渣去除的“扒渣”处理是有色冶金的一道关键工序。冶炼现场工作环境十分恶劣，且人工进行扒渣作业容易造成铸坯飞边，并且还存在铸坯品质不一致的情况。因此使用机器人代替人工扒渣，需要扒渣铲追踪到待扒渣铸模两端并跟随铸模运动，然后在跟踪铸模同时实现扒渣操作。

轨迹规划是机器人系统的重要组成部分，也是其运动控制的基础，直接影响其工作效率、运动平稳性和能量消耗。合适的轨迹规划方法能得到使机器人快速平稳操作的运动控制目标轨迹。笛卡尔空间的运动轨迹规划虽然可以直接规划末端工具的各个时刻的位姿，但是难以考虑机器人本体的物理约束。由于预扒渣阶段机器人的运动轨迹在笛卡尔空间的约束较少，而在关节空间存在关节限位、最大关节速度和最大关节加速度等约束，因此直接在关节空间进行轨迹规划会取得更好的效果。关节空间的运动轨迹规划一般使用多项式插值和样条曲线拟合的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对机器人动态目标跟踪问题，提出一种铸锭过程动态除渣的机器人轨迹规划方法，通过结合视觉伺服技术和轨迹规划技术实现轨迹规划任务。

本发明所述的路径规划方法涉及一种铸锭过程动态除渣的机器人轨迹规划方法，所述方法适用于工业机器人，所述机器人包括六自由度机器人本体、与机器人本体活动连接的扒渣铲、以及安装在工作空间正上方的相机。

为了实现上述的技术目的，本发明的技术方案是：

一种铸锭过程动态除渣的机器人轨迹规划方法，包括以下步骤：

S1：利用相机得到铸模图像信息，假设铸模上目标点A在图像中的图像像素坐标为(u_A,v_A)，计算点A在基础坐标系下的位置(⁰x_A,⁰y_A,⁰z_A)：

S2：利用时间间隔为Δt的两帧图像中点A位置计算点A的速度：

S3：设定轨迹规划算法的运行时间Δt_cal和工业机器人的初始关节角度q_st＝[q_st1q_st2 q_st3 q_st4 q_st5 q_st6]^T和初始关节速度