[发明专利]工业机器人平滑抓取移动物体的运动规划系统及其方法

说明书

本发明公开了一种工业机器人平滑抓取移动物体的运动规划系统及其方法，包括平滑抓取模型构建模块，避障算法模块，平滑抓取算法模块；平滑抓取模型构建模块用于描述目标位置与末端执行器之间的相对关系，以及障碍物和工业机器人手臂平面的关系，产生吸引向量和排斥向量；避障算法模块用于产生避开障碍物的运动，躲避运动的障碍物；平滑抓取算法模块在障碍物离开免碰撞区域内的条件下，根据吸引向量及目标物体的速度作为输入，经过平滑抓取算法，产生平滑抓取的运动，从而实现平滑抓取。本发明能实现在复杂工业环境下工业机器人在工作空间内平滑的抓取运动物体，从而避免对待抓取物体的损伤。

技术领域

本发明涉及机器人系统的物体操作技术，具体涉及工业机器人的平滑抓取移动物体的运动规划系统及其方法。

背景技术

机器人在静态环境中的抓取操作技术日趋成熟，广泛应用于工业场景下，诸如搬运、装配等，但是当前的工业环境下的抓取操作技术都是点到点的操作，对于易碎脆弱的物体而言，这样的物体抓取操作极易造成物体的损伤，因此，考虑对脆弱易碎物体的平滑抓取操作就成了一项艰难且必要的任务，为此，工业机器人平滑抓取移动物体也就成为了当前工业环境中急需的一项关键技术。

对于平滑的抓取移动物体，需要产生一条平滑的运动轨迹来保证抓取的顺利，一个平滑抓取移动物体的运动规划方法通常包括：

(1)检测环境中物体的技术；

(2)针对环境中可能存在的障碍物进行全身避障操作；

(3)平滑抓取的算法；

(4)机器人的控制；

当前，获取环境中物体的位置的技术是相对成熟的，能够快速的检测出来，但是，能够平滑的抓取移动的物体是比较困难的，且还要考虑到环境可能存在的障碍物，并产生机器人的全身避障操作，这又给平滑抓取带来了更大的挑战。

发明内容

本发明针对工业环境中的待抓取的移动物体的不足之处，提出一种工业机器人平滑抓取移动物体的运动规划系统及其方法，以期能实现在复杂工业环境下工业机器人在工作空间内平滑的抓取运动物体，从而避免对待抓取物体的损伤。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种工业机器人平滑抓取移动物体的运动规划系统的特点是应用于由工业机器人、摄像头、传送带、目标物体和障碍物所组成的工业环境中，在所述传送带的一侧设置有工业机器人，在所述传送带的另一侧设置有所述摄像头；所述摄像头的视场为所述工业机器人的工作空间；所述传送带上放置有所述目标物体；所述工业机器人包含由肩关节、肘关节和腕关节构成的手臂平面和末端执行器；分别选取所述工业机器人的肘关节、腕关节、肩关节和肘关节之间连杆的中点以及肘关节和腕关节之间连杆的中点为球心，并以为半径的四个球体共同作为所述工业机器人的免碰撞区域；所述运动规划系统包括：平滑抓取模型构建模块，避障算法模块，平滑抓取算法模块；

所述平滑抓取模型构建模块根据所述摄像头视场内的目标物体和所述工业机器人的末端执行器之间的相对关系构建当前时刻的吸引向量；并通过在间隔时间Δt内吸引向量的变化量，来估算所述目标物体的速度，从而得到下一时刻的吸引向量；

所述平滑抓取模型构建模块根据所述摄像头视场内的障碍物和所述工业机器人的各个关节之间的距离向量以及所述免碰撞区域，构建所述工业机器人的手臂平面和所述障碍物之间的排斥向量；

所述避障算法模块是以所述障碍物与所述工业机器人的各个关节之间的距离向量作为输入来判断所述障碍物是否出现在所述免碰撞区域内，若出现，则根据所述排斥向量，计算所述工业机器人的位置，从而避开所述障碍物；