[发明专利]控制工业机器人与变位机协调运动的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制工业机器人与变位机协调运动的系统及方法，特别是涉及一种采用统一的参数变量对工业机器人及变位机的运动轨迹插补进行规划的系统以及一种利用所述系统实现的方法。

背景技术

在工业机器人进行焊接或切割等作业下，不但要求工业机器人能够严格按照特定的空间轨迹进行插补运动，所谓插补，即根据给定的曲线函数，在理想的轨迹上的已知点之间，进行数据点密化，确定一些中间点的方法，而且对工业机器人到达每个轨迹点时的姿态也有一定的要求。对于复杂的空间轨迹，很难保证工业机器人在进行轨迹插补的时候满足上述的要求。现有技术中较佳的方法是引入变位机系统，将工件放在变位机上，配合工业机器人系统进行协调运动。目前，现有的工业机器人与变位机系统能够进行简单的空间轨迹协调运动，比如直线，简单的圆弧等。但是，对于复杂的空间轨迹，主要还是依赖于工业机器人的离线编程技术获得轨迹的所有几何信息，然后再进行协调运动的插补算法，这对于目前主流的基于示教再现的机器人系统并不适用。

国内外的研究机构对于工业机器人和变位机系统协调运动也进行了大量的研究，上海交通大学的唐荣俊在其硕士毕业论文《焊接机器人与变位机的协调控制》中提出了一种分段三次埃米尔特插值算法来实现机器人与变位机系统协调运动，该算法能够保证整个协调运动的插补过程中机器人和变位机的运动速度均匀且插补点平滑，但是要求示教点必须分布均匀，这在实际的焊接过程中并不容易完全保证。河海大学的康艳军在其硕士毕业论文《弧焊机器人运动学规划及机器人/变位机的运动仿真》中提出一种根据焊缝特征约束，进行机器人与变位机系统协调运动的插补算法，该算法能够根据空间轨迹的特征进行自动的机器人与变位机的运动规划，但是必须要知道空间轨迹上每个点的几何特征，这在基于示教再现的机器人系统中很难实现。东南大学的唐创奇等人在期刊《工业控制机器人》中发表的《弧焊机器人与变位机协调运动的实现》一文，提出了一种根据空间轨迹的长度和焊接速度，获得焊接时间，然后根据这些信息先规划变位机的运动，再让机器人配合其运动的算法，但是该方法是基于时间的，即机器人与变位机的协调运动是提前就规划好的，在运动过程中不可以再进行速度的调整。

因此，现有的工业机器人与变位机的协调运动插补算法都存在一些缺点，具有一定的局限性，并不能很好地实现工业机器人与变位机沿复杂空间轨迹进行协调运动。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中工业机器人与变位机的协调运动插补算法存在缺点、具有一定的局限性的缺陷，提供一种采用统一的参数变量对工业机器人及变位机的运动轨迹插补进行规划的系统以及一种利用所述系统实现的方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明的目的在于提供了一种控制工业机器人与变位机协调运动的方法，其特点在于，所述方法包括以下步骤：

S₁、分别建立所述工业机器人与所述变位机的连杆坐标系及正运动学模型；

在步骤S₁中可根据DH原理（一种机器人系统坐标系的建立原理）或其他连杆坐标系的建立方式，建立所述连杆坐标系及所述正运动学模型。

S₂、根据坐标变换原理获得所述变位机的工作台坐标系与所述工业机器人的基坐标系之间的变换关系；

具体可根据所述工业机器人与所述变位机的基座安装参数来确定所述变位机的基坐标系到所述工业机器人的基坐标系之间的变换关系，再根据所述变位机的正运动学模型，即得到所述变位机的工作台坐标系到所述变位机的基坐标系之间的变换关系，这样，利用坐标变换原理就可以求得所述变位机的工作台坐标系到所述工业机器人的基坐标系之间的变换关系。

S₃、确定安装在所述变位机的工作台上的工件的作业曲线，从所述作业曲线上选取多个点，所述多个点包括所述作业曲线的起点和终点，确定选取的每个点在所述变位机的工作台坐标系下的坐标以及所述工业机器人与所述变位机在选取的每个点处的轴角；

S₄、利用同一自变量建立所述多个点的第一三次样条插值函数以及变位机在选取的每个点处的轴角的第二三次样条插值函数，并获得每相邻的两个点之间的所述第一三次样条插值函数的三次多项式以及每相邻的两个点处所述变位机的轴角之间的所述第二三次样条插值函数的三次多项式；