[发明专利]一种工业机器人监控区域边界运动规划的方法

说明书

本发明公开了一种工业机器人监控区域边界运动规划的方法，根据用户设置的监控区域和机器人的当前速度，计算出虚拟监控区域，当机器人运行进入虚拟监控区域时，进行减速控制，使得当机器人运动到监控区域边界时的速度在一个比较低的范围，避免高速下紧急制动带来力矩过大的危害；对机器人进行减速控制，是通过规划控制器的速度倍率来调节已前瞻规划好的轨迹速度，机器人运动轨迹不受影响；同时考虑到机器人的运动趋势，动态刷新虚拟监控区域，当机器人实时位置不在刷新后的虚拟监控区域时，表明机器人运动轨迹可能朝远离监控区域边界的方向变化，此时再以一定的规律逐步恢复降速前的速度，在保证安全制动的同时，避免过度降低机器人的作业效率。

技术领域

本发明涉及一种工业机器人监控区域边界运动规划的方法。

背景技术

工业机器人以其大运动范围、灵活快速的运动能力，在工业领域得到越来越广泛的应用。通常工业机器人的作业空间是受限的，在其动作范围附近可能存在障碍物；一个机器人工作站也不仅仅是机器人单机工作，存在其他设备如焊机或其他机器人协同作业；用户在操作机器人时也需要相对安全的操作区域。因此机器人自身避障、保障协同工作的其它设备及人员安全，已成为需要解决的重要课题。

为了解决机器人工作区域的安全问题，中国发明专利案CN105555490A提出在机器人工作区域，根据作业人员与机器人接触的危险程度，利用不同颜色标示划分不同的危险程序的工作区域，再根据不同危险程度的作业区域，限制机器人不同的移动速度。另中国发明专利案 CN108656103A在工作区域中以不共线的三点建置多个分隔界面，进而形成全分隔面，从而将工作区域划分为安全区域和禁止区域。在划分的安全区域内机器人可全速运行，当进入禁止区域则紧急制动。

在机器人高速运动的情况下，当从安全工作的区域进入禁止的区域时，如果直接紧急制动会导致机器人关节承受力矩过大，影响电机性能，甚至损坏机械结构，造成危害。因此，一般机器人在进入禁止区域前需要提前进行减速，以上专利均未提及机器人临近区域边界的运动减速方法。另外，机器人的位置、速度复杂多变，提前减速的判断条件有可能造成误判断，若减速过程不及时修复可能带来机器人不必要的停机。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术存在的缺陷，提出一种工业机器人监控区域边界运动规划的方法，根据用户设置的监控区域和机器人的当前速度，计算出虚拟监控区域，当机器人运行进入虚拟监控区域时，进行减速控制，使得当机器人运动到监控区域边界时的速度在一个比较低的范围，避免高速下紧急制动带来力矩过大的危害；对机器人进行减速控制，是通过规划控制器的速度倍率来调节已前瞻规划好的轨迹速度，机器人运动轨迹不受影响；同时考虑到机器人的运动趋势，动态刷新虚拟监控区域，当机器人实时位置不在刷新后的虚拟监控区域时，表明机器人运动轨迹可能朝远离监控区域边界的方向变化，此时再以一定的规律逐步恢复降速前的速度，在保证安全制动的同时，避免过度降低机器人的作业效率。

本发明的目的是解决当机器人高速运行到监控区域边界，进入禁止的区域时，紧急制动造成的机器人本体损伤问题。基本思路如下：

机器人监控区域可为三维空间下的任意形状，机器人可以在区域内作业，也可以在区域外作业，由用户根据作业空间进行设置。如图1(机器人工作在监控区域内)和图2(机器人工作在监控区域外)所示，区域O为设定的监控区域，P为机器人TCP当前位置，V为机器人 TCP当前速度。

根据机器人速度V和最大安全加速度a_max，由公式(1)，计算提前减速距离△L。

ΔL＝V²/2a_max (1)

若机器人在区域内作业，则将监控区域O的边界向内偏移△L，若机器人在区域外作业，则将监控区域O的边界向外偏移△L，以此获得虚拟监控区域O'，O'与O之间的阴影区域即为提前减速区。

速度V由机器人轨迹规划的速度V_plan与当前周期的速度倍率K计算得出，如下：