[发明专利]控制工业机器人曲面匀速运动的方法

权利要求书

1.一种控制工业机器人曲面匀速运动的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.对待加工产品的曲面进行采样，获得曲面采样点，对采样点进行拟合，得到特征点，再根据特征点得到三次B样条曲线；

S2.对三次B样条曲线进行均匀插值，得到插值点，根据插值点得到控制机械臂末端执行器匀速运动的控制点；

S3.根据控制需求和控制点坐标，得到机械臂末端执行器控制点的位姿矩阵，将位姿矩阵数据转化为机器人可执行的命令，使机器人在固定频率下做匀速曲线运动。

2.根据权利要求1所述控制工业机器人曲面匀速运动的方法，其特征在于：步骤S1中，根据如下方法进行曲面采样，获得曲面采样点：

S11.根据机器人坐标系标定相机参数，建立相机成像几何模型，使用相机扫描待加工产品曲面，获得相对于机器人坐标系的待加工产品曲面点云数据，将待加工产品曲面的点云数据录入PCD点云文件中，对PCD点云文件中的数据进行滤波，并将滤波后的PCD点云文件转化为STL文件；

S12.根据待加工产品位置，在X-Y平面上绘制待加工产品曲面的基础加工区域，再根据打印宽度或切削宽度等加工条件，获得待加工产品的曲面加工路径，在曲面加工路径上，按照一定间隔获取离散点，其中，一定间隔是指机器人工作频率周期和运动速率乘积的5至10倍；

S13.将离散点投影到STL文件中的三角面片上，得到曲面加工轨迹的采样点，并将采样点所在三角面片的法向量作为采样点的法向量，将采样点和采样点的法向量数据保存至TXT文件。

3.根据权利要求2所述控制工业机器人曲面匀速运动的方法，其特征在于：根据如下方法获得特征点和三次B样条曲线：

将TXT文件中的采样点输入至拟合程序中，得到特征点，再将特征点按照拟合方程进行拟合，其中，拟合方程为：

其中，E(u)为B样条曲线方程，u为自变量，范围为[0,1]，P_i是控制曲线的特征点，F_i,k(u)是k阶B样条基函数，i表示基函数的序号，k表示基函数的阶数，将TXT文件中的采样点数据输入拟合程序中，得到特征点，再将特征点带入B样条曲线方程中，得到待加工产品曲面的三次B样条曲线：

P(u)＝P₀*F_0,3(u)+P₁*F_1,3(u)+P₂*F_2,3(u)+P₃*F_3,3(u)

其中，P(u)为待加工产品曲面的三次B样条曲线方程。

4.根据权利要求1所述控制工业机器人曲面匀速运动的方法，其特征在于：步骤S2中，根据如下方法对三次B样条曲线进行均匀插值：

S21.将P(u)方程简化为三次曲线形式：

P(u)＝Au³+Bu²+Cu+D

其中，A、B、C、D的数值根据特征点确定；

S22.设定三次B样条曲线的起始点为G(0,0,0)，曲线上存在一点E，E点对应的u值为e，在E点处有曲线长度s，当E点为终点时，s为三次B样条曲线的长度，曲线长度通过数值积分计算；

其中，L(e)为曲线长度公式，为变上限定积分，表示点E到起始点G的长度，e为积分上限，范围为[0,1]，为P(u)的导数，表示E点的切线斜率，w_i和x_i为积分权重；

S23.设定机器人机械臂末端执行器运动速率为v，根据机器人机械臂末端执行器运动的固定频率f，得到机器人机械臂末端执行器运动的时间步长Δt＝1/f，以时间步长Δt为单位时间，得到单位时间内机器人机械臂末端执行器沿三次B样条曲线的运动路径，以单位时间内的运动路径长度作为各插值点的间隔距离Δs，Δs＝v·Δt；

S24.当点E为终点时，s为三次B样条曲线的长度，设定三次B样条曲线长度范围为[0,s]，在[0,s]内，以Δs为间隔距离进行均匀插值。