[发明专利]参数自适应密化的机器人NURBS曲线运动插补方法

说明书

本发明公开了一种参数自适应密化的机器人NURBS曲线运动插补方法，步骤10)根据输入的运动参数，获得NURBS曲线表达式及参数密化过程中采用的导函数表达式；步骤20)利用改进的Admas微分方程，对运动参数中的节点矢量u进行预估；步骤30)根据约束条件，自适应对运动参数中的节点矢量u进行校正；步骤40)对自适应过程中的运动参数进行平滑处理；步骤50)采用球面线性插值slerp方法完成姿态插补，得到的位置插补坐标和姿态插补坐标；步骤60)进行机器人正逆解计算，得到关节角插补序列。该方法可有效解决NURBS轨迹插补过程中曲率变化大的地方减速距离长的问题，提高工业机器人关节运动过程中的柔顺性。

技术领域

本发明涉及诸如焊接、切割、喷涂、搬运等工业机器人先进制造产业技术领域，特别是涉及一种参数自适应密化的机器人NURBS曲线运动插补方法。

背景技术

工业机器人控制系统要求能够在一定的控制策略的作用下，使机器人能够快速准确地根据预先规划的轨迹运行，其中，插补算法作为实现工业机器人运动控制的软件核心，是实现工业机器人复杂轨迹规划算法的基础，其性能决定着工业机器人运动的实时性和精度的好坏，是工业机器人机器人运动控制特性的重要评价指标之一。

传统的插补算法主要有直线和圆弧插补等，当需要复杂曲线时，需要通过直线或圆弧的逼近来完成，这种实现方法存在以下问题：①采用直线或圆弧逼近时，会产生大量的端点数据，造成数据量过大；②大量的小线段插补引起进给速度的波动，影响加工效率和精度。

随着复杂曲线加工需求的增多以及加工精度和效率要求越来越高，曲线插补算法成为研究热点。其中，NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline，非均匀有理B样条)描述的曲线曲面技术得到重视，并在CNC中得到广泛研究，也引起了机器人界的关注。NURBS曲线插补算法可以应用于复杂轨迹插补，但计算过程复杂，且机器人关节在加减速过程中存在振动和冲击。总的来说，上述常用的工业机器人运动轨迹插补方法存在以下问题：1)现有的插补算法应用于复杂曲线插补过程的运动平稳性和运动精度较低，导致目前对于复杂曲线插补问题仍然没有完善的解决方法；2)现有的NURBS插补算法多采用前瞻方法来确定减速点的位置，只能对减速过程进行规划，而不能完全保证加速过程的柔顺性，无法应用于工业场合；3)现有的插补算法不能解决在曲率变化大的地方，所需减速距离长的情况，导致很难满足生产过程的安全要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有的技术缺陷，解决基于三次NURBS曲线的工业机器人运动轨迹插补方法中复杂曲线插补过程的运动平稳性和运动精度较低问题、只能对减速过程进行规划而不能完全保证加速过程的柔顺性问题以及在曲率变化较大的地方所需减速距离较长的问题，本发明提供一种参数自适应密化的机器人NURBS曲线运动插补方法，实现工业机器人高效率、高精度且兼顾柔性的轨迹插补。

本发明采用一种参数自适应密化的机器人NURBS曲线运动插补方法，该方法包括以下步骤：

步骤10)根据输入的运动参数，获得NURBS曲线表达式及参数密化过程中采用的导函数表达式；

步骤20)利用改进的Admas微分方程，对步骤10)输入的运动参数中的节点矢量u进行预估，并根据约束条件，自适应对运动参数中的节点矢量u进行校正；

步骤30)通过分段进行S型曲线位置插补，对自适应过程中的运动参数进行平滑处理；

步骤40)采用球面线性插值slerp方法完成姿态插补，得到的位置插补坐标和姿态插补坐标；

步骤50)对步骤40)得到的位置插补坐标和姿态插补坐标，进行机器人正逆解计算，得到关节角插补序列。

作为优选例：所述的步骤10)具体包括：