[发明专利]工业机器人操作空间路径复合限制求解方法

说明书

本发明提出了一种工业机器人操作空间路径复合限制求解方法，包括：设置工业机器人的操作空间路径；计算各轴的速度限制条件和加速度限制条件，根据各轴的速度限制条件和加速度限制条件计算参数的二阶导数的限制条件；根据刚体动力学模型和旋转部分路径，计算各轴力矩限制条件，并根据力矩限制条件计算参数的一阶导数的限制条件；根据工业机器人的操作空间的六维速度旋量计算操作工件的速度限制条件和加速度限制条件，根据速度限制条件和加速度限制条件计算对参数的限制条件；将对工业机器人的复合限制条件统一制对路径参数的限制条件的计算上。本发明有效地求解关节空间和操作空间的多种限制条件，将复合限制统一的表示出来。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种工业机器人操作空间路径复合限制求解方法。

背景技术

工业机器人末端执行器的轨迹规划在工业机器人控制系统中占重要地位。轨迹规划生成伺服驱动器的指令值，从而控制机器人各轴电机产生相应的运动，各轴的运动组成末端执行器的操作空间的运动。若使得末端执行器产生用户期望的运动，如跟踪用户指定的曲线，轨迹规划就必须满足伺服驱动器和电机的输入要求，主要体现为：轨迹规划的输出不能使得各轴电机超速；不能使得各轴电机超出容许的最大力矩；不能使得各轴电机超过伺服驱动器容许的加速度和加加速度。同时生成的操作空间运动也不能超过用户指定的最大速度和最大加速度。因此，机器人的轨迹规划，作为规划问题而言，其约束条件是复合的。

现有的轨迹规划方法通常将操作空间的运动映射到机器人的关节空间，映射方法通常是先采样然后在关节空间应用样条曲线进行插补，用这样的方法将电机和伺服驱动器的约束条件直接体现在关节空间，再根据这些条件进行规划。

然而，现有的这种方法有如下缺点：将操作空间路径在关节空间用样条曲线表示，不可避免会与原来的路径有所差别，特别是当采样点较大时，差别尤为明显。并且，这种方法不能体现出操作空间的约束条件。

专利CN 104742127A公开了一种机器人的控制方法及机器人，有效控制了机械臂末端的运行轨迹，提高了机械臂末端的控制精度。但是，该技术方案仍是基于关节空间进行路径规划，采用插补的形式约束机械臂末端的运行轨迹，这种方式不能体现出操作空间的约束条件。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种工业机器人操作空间路径复合限制求解方法，能够避免样条曲线插补造成的路径跟踪误差，有效地求解关节空间和操作空间的多种限制条件，将这些限制条件统一地变换为路径参数s的限制，即将复合限制统一的表示出来。

为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种工业机器人操作空间路径复合限制求解方法，包括如下步骤：

步骤S1，设置工业机器人的操作空间路径，所述操作空间路径包括:平动部分路径和旋转部分路径q(s)；

步骤S2，根据平动部分路径和旋转部分路径q(s)，计算所述工业机器人关节空间的各轴的速度限制条件和加速度限制条件，根据所述各轴的速度限制条件和加速度限制条件计算参数s的二阶导数的限制条件；

步骤S3，根据所述工业机器人的刚体动力学模型和旋转部分路径q(s)，计算所述工业机器人的各轴力矩限制条件，并根据所述力矩限制条件计算参数s的一阶导数的限制条件；