专利名称：一种水火弯板智能机器人路径规划方法
技术领域：
本发明涉及水火弯板技术领域，特别涉及一种水火弯板智能机器人路径规划方法。
背景技术：
水火弯板路径规划按照工作环境进行划分可以分为两种；其一、基于模型的全局路径规划，作业环境的全部信息已知，又称为静态或离线路径规划；其二、基于动态信息局部路径规划，作业环境信息全部未知或部分未知，又称为动态或在线路径规划。水火弯板智能机器人的路径规划为一种动态信息局部路径规划，其任务是在复杂的曲面上寻找机器人从始端运动到终端的路径，同时保证运动过程中速度均勻，并且使得机器人末端即火枪头与需要加热的加热点时刻保持垂直。水火弯板智能机器人路径规划主要解决三个问题(1)寻找机器人的目标路径；(2)寻找机器人的终端位姿。(3)使机器人从始端运动到末端，并且保证加工路径上均勻速度，非加工路径上，采用加速运动，争取最小时间。(4)在完成以上任务的前提下尽量优化机器人的运动轨迹。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种水火弯板智能机器人路径规划方法，通过此方法对水火弯板路径的优化，最大程度提高了该系统的工作效率。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种水火弯板智能机器人路径规划方法，采用五轴联动机器人，包括如下步骤
(1)确定机器人的运动空间和自由度；
(2)确定机器人的目标路径；
(3)确定机器人的末端位姿；
(4)确定各关节的运动量、运动速度；
(5)机器人的随动控制；
(6)运动路径优化。优选地，所述步骤(1)中的确定机器人的运动空间为X轴10-14米，Y轴2. 5-4. 5 米，Z 轴0. 8-1. 5 米，Cl 轴0 180°，C2 轴0 360° ；自由度为 4 个。优选地，所述步骤(1)中的确定机器人的运动空间为X轴12米，Y轴3. 5米，Z轴1. 2米，Cl轴0 180°，C2轴0 360° ；自由度为4个。优选地，所述步骤(2)中的确定机器人的目标路径，根据火路、加热强度、形变要求、钢板特性做出初步路径规划，并找出曲面上的加工曲线与曲线上的特殊点。优选地，所述步骤(3)中的确定机器人的末端位姿，由安装成不同角度的两部相机对加工的钢板曲面进行拍摄，然后根据相机的内外部参数确定机器人火枪头的当前位置与钢板上需要加工的特殊点位置；再以特殊点为中心，取小片曲面；接着通过曲面拟合求得此小片曲面的曲面方程，过特殊点计算此小曲面的法向量方程；最后根据火枪头与加热点之间的最佳距离，计算可得机器人末端的位姿。具体地，特殊点为P点，以P点为中心取小片曲面，当这个小曲面充分小时，可以近似为一个平面，求取该平面特殊点的法向量U。C2轴最终需要移动到法向量L1上，按照加热要求调整火枪头与钢板之间的距离D。最后根据P点坐标、空间直线L1方程，计算出与直线L1距离为D的P’点坐标。P’即为机器人末端位姿。优选地，所述步骤(5)中的机器人的火枪头的随动控制，根据机器人的末端姿态和初始姿态，逆解出机器人各关节应有的运动量，然后求解出各关节的速度。优选地，所述步骤(6)中的运动路径优化主要为非加工路径的选择，根据需要加工曲线的两端点坐标以及机器人终端的当前坐标，寻找最优路径，先计算机器人终端的当前坐标点与需加工曲线的两端点sl、s2之间的距离C^d2,再比较Clpd2的大小；如果Cl1 < d2，则机器人的非加工路径选择采用直线运动由当前位置运动到端点sl，然后从si端运动到s2端；若Cl1 > d2，则机器人的非加工路径选择采用直线运动由当前位置运动到端点s2，然后从s2端运动到sl端。优选地，在加工路径中，机器人的火枪头与钢板曲面保持一定间距，进行勻速运动；在非加工路径中，机器人采用加速直线运动。本发明相对于现有技术，具有以下有益效果本发明一种水火弯板智能机器人路径规划方法，通过此方法对水火弯板路径的优化，最大程度提高了该系统的工作效率。本发明机器人的火枪头实时定位，保证火枪头与钢板之间的距离恒定，从而保证加工路径上的每点加热强度均勻，同时对火枪头进行有效的保护。另外，在非加工路径上(不需要喷火的路径)，根据需要加工曲线的起、始点坐标以及机器人的当前坐标，寻找最优路径，并在该路径上进行加速运动，缩短运动时间，即缩短非加工时间，提高生产效率。
图1为本发明的机器人终端位姿。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。一种水火弯板智能机器人路径规划方法，采用五轴联动机器人，包括如下步骤
(1)确定机器人的运动空间和自由度；
(2)确定机器人的目标路径；
(3)确定机器人的末端位姿；
(4)确定各关节的运动量、运动速度；
(5)机器人的随动控制；
(6)运动路径优化。步骤(1)中的确定机器人的运动空间为X轴12米，Y轴3. 5米，Z轴1. 2米，Cl轴0 180°，C2轴0 360° ；自由度为4个。步骤(2)中的确定机器人的目标路径，根据火路、加热强度、形变要求、钢板1特性做出初步路径规划，找出钢板1曲面上的加工曲线与该曲线上的特殊点。
步骤(3)中的确定机器人的末端位姿，由安装成不同角度的两部相机对加工的钢板曲面进行拍摄，然后根据相机的内外部参数确定机器人火枪头2的当前位置与钢板1上需要加工的特殊点位置；再以特殊点为中心，取小片曲面；接着通过曲面拟合求得此小片曲面的曲面方程，过特殊点计算此小曲面的法向量方程；最后根据火枪头2与加热点之间的最佳距离，计算可得机器人末端的位姿。具体地，特殊点为P点，以P点为中心取小片曲面，当这个小曲面充分小时，可以近似为一个平面，求取该平面特殊点的法向量LJ。C2轴最终需要移动到法向量LJ上，按照加热要求调整火枪头与钢板之间的距离D。最后根据P点坐标、空间直线LJ方程，计算出与直线L1距离为D的P’点坐标。P’即为机器人末端位姿，如图1所示。步骤(5)中的机器人的火枪头的随动控制，根据机器人的末端姿态和初始姿态，逆解出机器人各关节应有的运动量，然后求解出各关节的速度。步骤(6)中的运动路径优化主要为非加工路径的选择，根据需要加工曲线的两端点坐标以及机器人终端的当前坐标，寻找最优路径，先计算机器人终端的当前坐标点与需加工曲线的两端点sl、s2之间的距离C^d2，再比较C^d2的大小；如果Cl1 < d2，则机器人的非加工路径选择采用直线运动由当前位置运动到端点sl，然后从si端运动到s2端；若Cl1> d2，则机器人的非加工路径选择采用直线运动由当前位置运动到端点s2，然后从s2端运动到sl端。且，在加工路径中，机器人的火枪头2与钢板1曲面保持相应间距，进行勻速运动；在非加工路径中，机器人采用加速直线运动。上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
权利要求
1.一种水火弯板智能机器人路径规划方法，其特征在于包括如下步骤(1)确定机器人的运动空间和自由度；(2)确定机器人的目标路径；(3)确定机器人的末端位姿；(4)确定各关节的运动量、运动速度；(5)机器人的随动控制；(6)运动路径优化。
2.根据权利要求1所述的水火弯板智能机器人路径规划方法，其特征在于所述步骤(1)中的确定机器人的运动空间为=X轴:10-14米，Y轴2. 5-4. 5米，Z轴0. 8-1. 5米，Cl轴0 180°，C2轴0 360° ；自由度为4个。
3.根据权利要求2所述的水火弯板智能机器人路径规划方法，其特征在于所述步骤(1)中的确定机器人的运动空间为X轴12米，Y轴3.5米，Z轴1. 2米，Cl轴0 180°，C2轴0 360° ；自由度为4个。
4.根据权利要求1所述的水火弯板智能机器人路径规划方法，其特征在于所述步骤(2)中的确定机器人的目标路径，根据火路、加热强度、形变要求、钢板特性做出初步路径规划，并找出钢板曲面上的加工曲线与该曲线上的特殊点。
5.根据权利要求1所述的水火弯板智能机器人路径规划方法，其特征在于所述步骤(3)中的确定机器人的末端位姿，由安装成不同角度的两部相机对加工钢板(1)曲面进行拍摄，然后根据相机的内外部参数确定机器人火枪头(2)的当前位置与钢板上需要加工的特殊点位置；再以特殊点为中心，取小片曲面；接着通过曲面拟合求得此小片曲面的曲面方程，过特殊点计算此小曲面的法向量方程；最后根据火枪头与加热点之间的最佳距离，计算可得机器人末端的位姿。
6.根据权利要求1所述的水火弯板智能机器人路径规划方法，其特征在于所述步骤(5)中的机器人的火枪头的随动控制，根据机器人的末端姿态和初始姿态，逆解出机器人各关节应有的运动量，然后求解出各关节的速度。
7.根据权利要求1所述的水火弯板智能机器人路径规划方法，其特征在于所述步骤(6)中的运动路径优化主要为非加工路径的选择，根据需要加工曲线的两端点坐标以及机器人终端的当前坐标，寻找最优路径，先计算机器人终端的当前坐标点与需加工曲线的两端点sl、s2之间的距离C^d2,再比较Clpd2的大小；如果Cl1 < d2，则机器人的非加工路径选择采用直线运动由当前位置运动到端点sl，然后从si端运动到s2端；若Cl1 > d2，则机器人的非加工路径选择采用直线运动由当前位置运动到端点s2，然后从s2端运动到sl端。
8.根据权利要求6所述的水火弯板智能机器人路径规划方法，其特征在于在加工路径中，机器人的火枪头与钢板曲面保持一定间距，进行勻速运动；在非加工路径中，机器人采用加速直线运动。
全文摘要
本发明公开了一种水火弯板智能机器人路径规划方法，采用五轴联动机器人，包括如下步骤(1)确定机器人的运动空间和自由度；(2)确定机器人的目标路径；(3)确定机器人的末端位姿；(4)确定各关节的运动量、运动速度；(5)机器人的随动控制；(6)运动路径优化。通过此方法对水火弯板路径的优化，最大程度提高了该系统的工作效率。
文档编号G05D1/02GK102385386SQ201110286139
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月24日 优先权日2011年9月24日
发明者张文武, 潘敏, 程良伦, 薛航, 黄曼 申请人:广东工业大学