基于任务和样条曲线的工业机器人路径规划方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于任务和样条曲线的工业机器人路径规划方法，其包括有机器人控制器、输入信息到控制器的运动学模块、任务模块、轨迹规划器，该规划方法包括以下步骤：S1、建立工业机器人的运动学模型，求得工业机器人的运动学的正反解；S2、由所述的任务模块给出工业机器人的任务点的位置信息和姿态信息：S3、由工业机器人的轨迹规划器结合所述的任务模块，给出基于样条曲线的路径规划曲线：S4、工业机器人轨迹规划器将产生的路径曲线，结合运动学正反解得到关节空间的信息发给工业机器人的驱动器。采用本发明的技术方案，不但可以解决工业机器人在应用中需要经过多个中间位姿的问题，并且为了保证工业机器人在运动中的加速度无急动。
【专利说明】基于任务和样条曲线的工业机器人路径规划方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于任务和样条曲线的工业机器人路径规划方法。
【背景技术】
[0002]工业机器人是工作机器，其可以装备用于对对象进行自动处理和/或加工的工具，并可以对多个运动轴，例如就方向、位置和工作流程进行编程。工业机器人通常包括具有多个轴的机器人臂以及可编程控制器(控制装置)，控制器在运行中控制或调整工业机器人的运动过程。
[0003]为了实现运动，控制器可以通过轨迹规划来计划这种运动。
[0004]常用的轨迹规划方法有:3-4-5正则多项式；4-5-6_7正则多项式；摆线运动与抛物线拟合的线性函数等。4-5-6-7正则多项式相对3-4-5正则多项式的优点是，可以保证加速度的变化没有急动；摆线运动与抛物线拟合的线性函数方法对要求通过中间位姿的情况处理起来较为复杂。当机器人要求通过中间位姿时，大多采用高阶正则多项式，Kahaner，Moler和Nash等指出中间位姿数量增加时这种采用多项式插值的方法变得不切实际，这时因为中间位姿的增加会使得正则多项式的次数增加，多项式系数的方程组的条件数变大，相对舍入误差等于舍入误差乘以一个放大系数一方程组条件数，从而方程组的解失真。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种基于任务和样条曲线的工业机器人路径规划方法，其可克服上述缺陷，能解决工业机器人在应用中需要经过多个中间位姿的问题，并且可保证工业机器人在运动中的加速度无急动。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种基于任务和样条曲线的工业机器人路径规划方法，其包括有机器人控制器、输入信息到控制器的运动学模块、任务模块、轨迹规划器，该规划方法包括以下步骤:
[0008]S1、建立工业机器人的运动学模型，求得工业机器人的运动学的正反解；
[0009]S2、由所述的任务模块给出工业机器人的任务点的位置信息和姿态信息:
[0010]S3、由工业机器人的轨迹规划器结合所述的任务模块，给出基于样条曲线的路径规划曲线:
[0011]S4、工业机器人轨迹规划器将产生的路径曲线，结合运动学正反解得到关节空间的信息发给工业机器人的驱动器:
[0012]上述的任务模块，设有两个信息输入口，所述的第一个信息输入口，是直接与所述的机器人控制器相连；所述的第二个信息输入口，是利用串口与PC相连。
[0013]在步骤S2中的任务点，是利用示教或离线编程给出的，所述的工业机器人要完成任务需要通过的点。
[0014]上述的路径规划曲线，由下述步骤所得:
[0015]定义所述的任务模块给出的工业机器人通过点的个数用N表示，这些点用Pk(xk, yk) (k = I, 2...N)表示；这里用三次样条曲线s(xk)连接已知的N个位姿点Pk(xk, yk)(k = I, 2...N)间的N-1个区间，在连接点Pk上有s (Xk) = yk，而且定义样条函数在
X1^ xN上式二次可微的，即这样的样条函数称为C2函数，也就是有连续的二阶导数；设两个连续点Pk(xk，yk)和Pk+1(xk+1，yk+1)间的三次多项式sk(x)及相应的一阶导数和二阶导数如公式⑴:
【权利要求】
1.一种基于任务和样条曲线的工业机器人路径规划方法，其包括有机器人控制器、输入信息到控制器的运动学模块、任务模块、轨迹规划器，该规划方法包括以下步骤: 51、建立工业机器人的运动学模型，求得工业机器人的运动学的正反解； 52、由所述的任务模块给出工业机器人的任务点的位置信息和姿态信息: 53、由工业机器人的轨迹规划器结合所述的任务模块，给出基于样条曲线的路径规划曲线: 54、工业机器人轨迹规划器将产生的路径曲线，结合运动学正反解得到关节空间的信息发给工业机器人的驱动器。
2.根据权利要求1所述的基于任务和样条曲线的工业机器人路径规划方法，其特征在于:所述的任务模块，设有两个信息输入口，所述的第一个信息输入口，是直接与所述的机器人控制器相连；所述的第二个信息输入口，是利用串口与PC相连。
3.根据权利要求1或2所述的基于任务和样条曲线的工业机器人路径规划方法，其特征在于:在步骤S2中的任务点，是利用示教或离线编程给出的，所述的工业机器人要完成任务需要通过的点。
4.根据权利要求3所述的基于任务和样条曲线的工业机器人路径规划方法，其特征在于:所述的路径规划曲线，由下述步骤所得: 定义所述的任务模块给出的工业机器人通过点的个数用N表示，这些点用Pk(xk，yk)(k = I, 2...N)表示；这里用三次样条曲线s(xk)连接已知的N个位姿点Pk(xk, yk) (k =I, 2...N)间的N-1个区间,在连接点Pk上有s(xk) = yk,而且定义样条函数在X1≤X≤xN上式二次可微的，即这样的样条函数称为C2函数，也就是有连续的二阶导数；设两个连续点Pk(xk，yk)和Pk+1(xk+1, yk+1)间的三次多项式sk(x)及相应的一阶导数和二阶导数如公式(I):
5.根据权利要求3所述的基于任务和样条曲线的工业机器人路径规划方法，其特征在于:在步骤S4中，其中利用工业机器人的控制器内所输入的运动学模块，根据轨迹规划器给出的路径曲线，计算关节空间值，发送到工业机器人各关节驱动器。
【文档编号】B25J13/00GK103802113SQ201210442709
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月8日 优先权日:2012年11月8日
【发明者】邹风山, 曲道奎, 徐方, 黄玉钏, 郑春晖, 杜振军 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司