[发明专利]一种机器人目标跟踪轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种机器人目标跟踪轨迹规划方法，对视觉设备和机器人建立跟随用户坐标系与机器人基坐标系之间的描述关系，根据传送带实时反馈位置和反馈速度以及视觉设备拍摄的目标物体位置，通过坐标系转换关系，得到目标物体在机器人基坐标系中的位置，再建立机器人末端TCP点及目标物体之间的几何位置关系，对机器人相对于传送带上目标物体行进路线的平行方向及垂直方向的位移进行解耦，根据规划位移进行预测调整，同时进行实时速度的规划补偿，最终合成机器人的同步跟踪轨迹。本发明方法可以有效削弱机器人在传送带运行垂直方向上力的冲击，降低机器人在同步跟踪到位时的抖动，保证同步跟踪的到位精度，满足机器人对运动平滑性及到位准确度的要求。

技术领域

本发明涉及一种机器人轨迹规划方法，具体说是一种机器人目标跟踪轨迹规划方法。

背景技术

随着工业自动化的不断发展，工业机器人的应用日趋广泛，机器人的作业变得愈加有效，工业中越来越多的作业更适合于应用机器人自动化，这就要求机器人的控制更加智能和有效，能够模拟人类进行更多的作业工序。在自动分拣和物料搬运等应用领域，需要机器人对目标进行动态跟踪并保持同步运动，进而同步作业，这就要求机器人能够对移动的目标进行实时跟踪，保证同步精度并且机器人运动平滑顺畅。

在这类应用中，一般包含传送带、机器人及视觉设备，传送带以预设的速度持续运动。使用时首先进行标定，建立视觉设备与机器人基坐标系之间的用户坐标系描述关系，目标物体在移动的传送带上，经过视觉设备的拍摄范围时，视觉设备启动拍摄，经过图像处理，将拍到的目标物体的位置发送给机器人，机器人根据当前传送带反馈位置和反馈速度以及跟随用户坐标系的描述，实时计算出目标物体在机器人跟随用户坐标系中的位置，再通过坐标系转换关系，得到目标物体在机器人基坐标系下的位置，然后进行目标检测及跟踪。

机器人进行目标跟踪时，通常需要与其它工序配合，当机器人完成其它工序后，首先到达示教好的等待点，再开始目标跟踪检测。机器人根据视觉设备拍摄到的目标物体位置以及传送带实际反馈位置和反馈速度，通过坐标系转换，得到目标物体在机器人基坐标系下的位置，当检测到目标物体进入机器人工作空间范围内时，机器人启动目标跟踪流程，实时跟踪目标物体，直到机器人末端TCP点到达目标物体位置上方，并且机器人末端TCP点的运行速度与传送带的运行速度大小相等且方向相同。此时，机器人与目标物体保持同步运动，即：相对于跟随用户坐标系，机器人与目标物体之间是静止的。在此状态下，机器人可完成同步动作，例如：同步分拣作业。完成同步动作后，机器人释放同步状态，进入减速抬升状态，到达跟随结束点。其后，机器人切换至控制器中的其它指令，进行后续工序作业。

当机器人启动目标跟踪流程后，在到达跟随同步状态前的过程中，机器人在跟随用户坐标系下的运动可以分解为相对于传送带运行的垂直方向和平行方向的运动，机器人在传送带运行方向的运动为平行方向运动，机器人在Y、Z方向及姿态旋转的运动，统称为垂直方向的运动。由于传送带来料时目标物体的位置不固定，使得机器人在垂直方向上存在位移分量。因此，机器人需要在垂直方向上从等待点运动到传送带上目标物体的行进路线上，并且机器人运动到行进路线上后要保证垂直方向的速度分量为零；与此同时，机器人需要在平行方向上从等待点运动到目标物体在行进路线上的实时位置，并且与目标物体的速度相同，这样才能与目标物体保持同步。

根据动量公式P＝mV，冲量公式I＝Ft，以及动量与冲量的关系I＝mdV，由于速度矢量的存在，机器人在运动方向上会产生力的冲击。其中：P为动量，m为质量，V为速度，I为冲量，F为受到的力，t为时间，dV为速度的变化量。在跟随用户坐标系下，机器人到达跟随同步状态前，由于在垂直方向及平行方向上均有位移，为了保证同步，机器人在这两个方向上都会产生速度矢量。特别是机器人在垂直方向上的速度矢量，由于和目标物体实际运动方向有夹角，存在垂直方向的作用力，导致运动时产生冲击。