[发明专利]机器人NURBS曲线速度规划方法、设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种机器人NURBS曲线速度规划方法，对加工路径进行NURBS曲线分段并得到各段参数；对应每段曲线，比较由关节速度约束得到末端限制速度对指令速度进行修正；建立时间最优速度规划问题的目标函数及约束条件；对首末段进行规划，以加工时间最短作为目标函数，约束条件包括机器人力矩约束及修正指令速度约束，求解目标函数最优解，得到首末段规划速度并与修正指令速度进行组合，得到首末段规划后速度曲线；然后对该曲线依次进行力矩及插补误差约束检查，对其中不满足约束部分重新规划至满足约束条件，处理后得到考虑插补误差约束的速度规划曲线。本发明考虑了插补误差限制，在保持加工效率的同时使理论输给控制器的信息更精确。

技术领域

本发明涉及一种机器人曲线速度规划方法，特别涉及一种机器人NURBS曲线速度规划方法、设备及存储介质。

背景技术

目前，研磨、去毛刺、铣削和钻孔等材料去除过程越来越多地由具有串行运动学的工业机器人执行，因为它们具有灵活性、多功能性和成本效益。材料去除过程的轨迹一般由CAM软件生成，随着汽车外形、发动机叶片等特殊形状工件的要求增多，其轨迹逐渐由简单直线、圆弧向自由曲线发展。这些自由曲线中很多是以非均匀有理B样条(NURBS)来表示的，因为其强大的曲线造型能力，成为工业产品模型数据交换标准。

针对NURBS曲线路径跟踪的任务，需要控制系统具备相应的速度规划及插补算法。数控机床方面对NURBS曲线的研究较早，西门子、发那科、三菱等企业，都研发了具有NURBS曲线速度规划及插补功能的高端数控设备。由于这类多轴机床价格昂贵、且不便于使用与维护，中小型企业使用不多。而在加工精度不高，材质较软的材料，以及大型曲面结构件的现场高效加工方面，工业机器人可以代替机床的作用，因此对NUBRS在工业机器人中研究的重要性也日益凸显，并且相关研究也越来越多。

由于在速度规划后机器人还需要通过插补点位置计算来实现连续轨迹的跟踪，并且曲线插补会产生插补误差，请参见图2至图3，根据曲线曲率以及插补误差约束对极限速度进行求解。对于材料去除任务，弓高误差是个重要的约束。极限速度多来源于弓高误差，请参见图2。弓高误差是理想轨迹与相邻插补点间连线的距离，一般用圆弧逼近办法进行计算。图2中，理想轨迹为实线，插补点间连线为长划线，弓高误差为箭头线，符号为δ。

对于直角坐标机器人或机床来说，弓高误差即插补误差，以此求解极限速度。由于关节型机器人运动的非线性，各关节精插补不论是采取直线还是PVT插补等插补方式，得到的实际轨迹为近似圆形的曲线，请参见图3，它与理想轨迹的偏差即插补误差，与弓高误差存在区别。图3中，理想轨迹为实线，实际轨迹为点划线，插补误差为箭头线，符号为E_i。所以对于关节型机器人，弓高误差不是实际插补误差。而对该类机器人进行速度规划，若仍以弓高误差对极限速度进行约束，会导致极限速度求解不准确，并降低了运动平稳性。

为了最大限度地减少加工时间，在机器人学的研究领域中，寻找各种约束条件下的时间最优路径至关重要。目前，有3种方法可以解决这个问题：间接法包括数值积分法、直接转录法包括各种凸优化方法、动态规划法。然而不论采用哪种方法进行规划，都没有考虑到运动的非线性以及插补策略，实际插补输出都会偏离理想路径。所以有必要在时间最优的速度规划中考虑插补误差。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供在时间最优的速度规划中考虑插补误差的一种机器人NURBS曲线速度规划方法、设备及存储介质。