[发明专利]一种误差可控的机器人轨迹同步过渡方法

说明书

本发明提供一种误差可控的机器人轨迹同步过渡方法，采用多维轨迹点表示多种机器人轨迹，并建立多维轨迹的统一运算规则和和多维曲线，基于多维轨迹点和多维运算建立基于凸组合表示的机器人轨迹的高连续同步过渡方法，该方法可针对不同的情况扩展、客制化，实现不同类型机器人及不同连续性要求的机器人轨迹过渡，实现了机器人轨迹的高连续性同步过渡，能够提高多种工业机器人轨迹的精度和效率，减少作业时的振动。

技术领域

本发明属于工业机器人轨迹优化领域，具体涉及一种误差可控的机器人轨迹同步过渡方法。

背景技术

六关节工业机器人或SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)机器人的运动模式主要有三种：线性运动、关节运动和圆弧运动，其中线性运动最常用于复杂且精度要求较高的机器人应用中。但是线性轨迹存在切向和曲率不连续的问题，将会导致机器人运动过程中的降速和振动，最终导致效率和精度的降低。虽然高档数控机床中提供了提高精度和降低振动的方案，但是工业机器人的稳定性比数控机床差，控制系统也不如数控机床成熟。目前工业机器人领域尚无既保证精度又降低振动的解决方案。

轨迹平顺是避免振动、提高效率和精度的有效控制技术之一。当前工业机器人领域的轨迹平顺技术可以分为局部拐角过渡法(如CNT指令)和局部样条插值法(如库卡的SPLINE指令)，但目前很多商用工业机器人的局部拐角过渡功能未提供误差控制，或者不具备位置和姿态的参数同步性，进而导致轨迹曲线的几何形状受速度或加速度影响。

申请号为CN201911300865.9的发明专利提出了一种位姿同步的六轴工业机器人轨迹平顺方法，采用圆弧曲线对位置轨迹过渡，并采用四元数B样条对姿态过渡，但该过渡方法只能满足G1连续的机器人轨迹过渡，过渡方法不具有可扩展性。因此，本发明将提供一种扩展性好、简单有效、误差可控、轨迹保型且适用于多种类型机器人轨迹的过渡方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明拟提供一种误差可控的机器人轨迹同步过渡方法，其目的在于解决当前机器人轨迹平顺时精度和效率低的问题，并减少机器人作业时的振动问题。具体技术方案如下：

一种误差可控的机器人轨迹同步过渡方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、通过定义多维轨迹点来表示多种机器人的位置和姿态轨迹，该多维轨迹点能够同时表示三维位置轨迹、SCARA机器人的位姿轨迹和六关节机器人的位姿轨迹；

步骤2、基于多维轨迹点的定义，建立多维轨迹点的统一运算规则和多维曲线，多维轨迹点的多维运算包括多维距离、多维加法、多维数乘和多维减法；

步骤3、基于多维轨迹点和多维运算建立基于凸组合表示的机器人轨迹的高连续同步过渡方法，该方法可针对不同的情况扩展、客制化，实现不同类型机器人及不同连续性要求的机器人轨迹过渡，同步过渡可采用圆弧、抛物线、B样条等曲线作为过渡曲线，不同过渡类型的区别仅在于基函数的不同；

设一系列机器人线性轨迹点表示为其中Q_i为多维轨迹点，遍历i＝1，2，...M-1，基于凸组合的Q_i点处的过渡轨迹表示为：

C_i(u)＝((Q_i+(F_i(u)(Q_i-1-Q_i)_n)_n)_n+(K_i(u)(Q_i+1-Q_i)_n)_n)_n

其中n＝3，4，7，式中的加法、数乘和减法均表示多维轨迹点的多维运算，F_i(u)和K_i(u)为过渡曲线的基函数，基函数的具体表示根据采用的过渡曲线类型和连续性条件推导得到；