[发明专利]一种轨迹动态跟踪实现方法

说明书

本发明公开了一种轨迹动态跟踪实现方法，工件建模及标定和机器人跟踪过程坐标计算，所述工件建模及标定包括工件基准坐标系建立及标定、工艺点示教，本发明针对动态跟踪工件上不同工艺点的相关技术进行研究，设计了工件基准坐标系建立、标定和工艺点示教的方法；包括开始跟踪、跟踪的保持和结束跟踪，以及各个过程插补点坐标计算方法；对机器人跟踪滞后量进行了分析并提出滞后时间补偿方式；最后，提出了基于速度补偿的轨迹优化方法，以减缓机器人起跟和退跟时的机械冲击。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种轨迹动态跟踪实现方法。

背景技术

在机器人动态作业中，难点在于对运动目标的跟踪。一部分跟踪算法是基于目标的特征检测，建立特征模型，计算复杂且耗时，不适合工业机器人实时、快速抓取的要求。一部分是基于滤波理论的跟踪算法，例如卡尔曼滤波算法，利用线性系统状态方程，根据系统输入对系统状态进行最优估计，更新系统估计状态并不断迭代，它可以较为准确的预测目标的运动状态从而实现跟踪；后续研究者针对非线性系统提出了扩展卡尔曼滤波算法，但其涉及矩阵求导，对处理器而言运算复杂。邹腾跃等提出了基于背景建模的目标检测和基于局部稀疏表达的粒子滤波跟踪方法，并采用反馈机制实现了变焦跟踪，其算法具有较高的准确性和鲁棒性，但牺牲了一定的计算时间。邓明星等提出了改进PID算法跟踪传送带上运动的物体，通过视觉定位和传送带编码器的位置反馈信息，可计算物体的实时位姿，并通过实时调整机器人末端速度和位姿来跟踪传送带上的物体。王峥等提出了基于位置预测的传送带上物体拦截式抓取方法，并分析对比出PID跟踪抓取适用于传送带速度慢的场合，拦截式跟踪抓取适用于传送带速度较快的场合，PID跟踪在慢速下轨迹曲率较小，效率较高，而快速时轨迹曲率增大，效率较低。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种轨迹动态跟踪实现方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括工件建模及标定和机器人跟踪过程坐标计算，所述工件建模及标定包括工件基准坐标系建立及标定、工艺点示教，所述工件基准坐标系建立及标定在标定时，先将工件放在相机视野内，拍照并根据转换计算得工件的起始位姿P₀即传送带坐标系下，记录此时的编码器读数E₁，然后开启传送带使工件运动到机器人工作范围内，记录此时的编码器读数E₂，将工件此时的位姿转换到机器人基坐标系下，即为工件基准坐标系Base的欧拉角表示，计算如公式(1)所示：

为了后述方便进行坐标变换的表达，将工件基准坐标系到机器人基坐标系的转换关系记为标定的工件基准坐标系相对于机器人基坐标系静止，但是实时的工件局部坐标系Track是动态的，由视觉检出和传送带实时位移速度可计算得到；

所述工艺点示教：通过示教工艺点和工件基准坐标系的关系，可以在跟踪时计算运动工件上不同工艺点的实时坐标；标定完基准坐标系后，移动机器人使TCP对准工件轮廓点，分别记录P₁P₂P₃P₄在机器人基坐标系下的坐标，完成工艺点的示教；在跟踪该工艺点时，将该坐标映射到运动工件的实时局部坐标系上，机器人即可处理该操作点

所述机器人跟踪过程坐标计算包括开始跟踪、跟踪的保持和结束跟踪，分别称为起跟、跟随保持和退跟，起跟与跟随保持两个过程需要指定工件工艺点，这些点在标定工件基准坐标系后已经示教；机器人跟踪的轨迹可以是直线，也可以是圆弧，走直线时指定插补终点，走圆弧时指定中间点和终点。

所述起跟中机器人从静止状态、普通运动状态，进入对当前传送带上工件的跟踪状态，都为起跟；首先，将机器人当前位置P₀即机器人基坐标系下，映射到工件实时局部坐标系Track中，得到插补起点P_start；坐标转换如公式(2)所示；