[发明专利]一种可控误差的工业机器人光顺运动轨迹生成方法

说明书

一种可控误差的工业机器人光顺运动轨迹生成方法，包括如下步骤：S1、生成MOVEB运动指令，描述工业机器人运动轨迹，包括轨迹点和姿态，以及用户输入的轨迹点误差阈值和弦高误差阈值；S2、机器人轨迹点的插值，利用高阶B样条插值算法，将高阶B样条曲线按照轨迹点误差和弦高误差阈值对轨迹点进行插值，分别实现机器人轨迹点的G²插值和G³插值，得到具有高连续性并且保证满足轨迹点误差和弦高误差要求的插值轨迹；S3、机器人姿态的插值，得到分段G²和G³连续的机器人姿态曲线；S4、通过轨迹点插值曲线和机器人姿态曲线共同得到机器人插值后的运动轨迹。本发明运动轨迹实时连续插值，计算简单、高效、精确，减少机器振动和磨损。

技术领域

本发明属于工业机器人应用技术领域，具体涉及一种可控误差的工业机器人光顺运动轨迹生成方法。

背景技术

工业机器人广泛应用于焊接、装配、搬运、抛光、喷涂和切削加工等复杂作业。在作业中工业机器人通过运动指令来控制机器人的运动轨迹。现有工业机器人可识别的运动指令主要包括直线运动指令、圆弧运动指令及轴坐标运动指令，如ABB机器人中分别用MOVEL、MOVEC和MOVEJ表示以上三种指令。简单运动轨迹可通过示教器编写轴坐标运动指令，主要应用于只要求精确到点，点与点之间轨迹任意但时间最短的作业(如点焊机器人)。大多数复杂的运动轨迹需要通过离散编程软件得到，且主要包括直线运动指令和圆弧运动指令。但直线段和圆弧表示的运动轨迹在连接处仅具有G⁰连续性，在机器人作业过程中，为了精确到达给定轨迹点必须降速，因此大大降低了作业效率；另外，速度和加速度不连续可能导致机器人运动时的振动，从而加快机器磨损并影响作业质量。

为了提高机器人运动轨迹的连续性，现有运动指令中加入了逼近指令。如图1所示，ABB机器人中利用fine指令表示精确通过给定轨迹点，z10表示误差10mm的圆滑过渡，但是该逼近指令无法保证轨迹点误差和弦高误差满足要求；安川机器人用MOVES表示抛物线指令，虽然抛物线指令能够精确通过给定轨迹点，但无法保证弦高误差满足需求。

由上可知，仅仅利用现有直线和圆弧运动指令无法生成同时满足轨迹点误差和弦高误差且具有高连续的运动轨迹。于是现有研究中出现了一些在离线编程阶段插值运动轨迹和在控制系统内部插值运动轨迹的方法。用光滑曲线插值轨迹点是提高连续性的最好方法，但是轨迹插值需满足轨迹点误差和弦高误差要求。误差控制具有很重要的实际意义，如焊接过程中要求焊接点在轨迹点误差范围内、喷涂过程中两点之间的喷涂轨迹要求在弦高误差范围内。两个误差阈值由用户根据加工工艺设置，任何一个误差不满足都会造成产品的质量不合格。

现有插值方法大部分只考虑了轨迹点误差控制，未考虑弦高误差控制：如现有非专利文献《基于样条插值算法的工业机器人轨迹规划研究》在离线编程过程中通过三次B样条曲线插值轨迹点，然后将插值曲线离散并后处理为直线或圆弧运动指令。该方法虽然通过插值提高了轨迹的连续性，但离散后还会存在误差不满足和连续性低的不足。非专利文献《Real-time Coplanar NURBS Curve Fitting and Interpolation for 6-DOF RobotArm》中实现了一种机器人控制系统实时NURBS插补和离散的算法，但该方法未保证弦高误差，且通过矩阵求逆计算控制顶点的方法稳定性差，不能保证弦高误差满足要求。