CN116197914A - 一种机器人上下料用轨迹规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人上下料用轨迹规划方法，涉及机器人轨迹规划技术领域，本发明是通过采集上料到检测到下料过程中动态坐标对应的移动关节的实时运行参数信息和移动关节的实时位置，并通过上述信息分析判断生成校正补偿值，再将移动关节的实时位置、校正补偿值和预设轨迹曲线进行结合化处理生成移动关节的校正补偿动作，通过校正补偿动作进行对应移动关节的校正补偿操作，再通过校正补偿操作对设备的运行轨迹进行预校正补偿，抵消干扰项参数的干扰，且按时间线记录移动关节的实际移动位置并生成实际轨迹曲线，再将实际轨迹曲线结合预设轨迹曲线进行量化生成校正评估因子，通过生成的校正评估因子进行移动关节的校正监控。

Description

一种机器人上下料用轨迹规划方法

技术领域

本发明涉及机器人轨迹规划技术领域，尤其涉及一种机器人上下料用轨迹规划方法。

背景技术

数控机床作为制造***中的重要组成部分，极大提高产品的生产效率及其质量，而随着科技的发展，由机器人代替人完成机床上下料作业是该领域的发展趋势，将机器人的控制***和机床的生产***相结合，有效地提高生产效率、保证产品质量，同时也避免人身伤害，而高质量的轨迹规划方案保证机器人运动路径的平滑、稳定，使得机器人可以准确完成作业任务；但是现有技术中的机器人上下料的轨迹规划过程中，无法通过参数处理进行校正补偿操作对设备的运行轨迹进行预校正补偿，导致其无法抵消干扰项参数的干扰，造成轨迹规划后存在偏差性，机器人在上下料过程中的精度较差；

针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于：一方面是通过参数处理进行校正补偿操作对设备的运行轨迹进行预校正补偿，以抵消干扰项参数的干扰，降低轨迹规划偏差性，另一方面是辅助工作人员实现进一步的校正优化或设备维护，逐步提高轨迹规划的校正能力。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种机器人上下料用轨迹规划方法，轨迹规划方法过程如下：

步骤一、建立定位坐标和标记点：以机器人底座的中心点为原点，建立空间直角坐标系，确定上料匝道、检测物料区、下料匝道以及机器人的移动关节处于空间直角坐标系中的位置坐标并将其进行标记；

步骤二、构建上下料轨迹：通过采集上料匝道上物料高度和数量重新构建新的上料匝道坐标点，并结合检测物料区和下料匝道坐标点构建机器人的移动关节的预设轨迹曲线，再按上述预设轨迹曲线进行运行实现上料到检测到下料的过程；

步骤三、判断动态校正偏差进行校正补偿操作：采集上料到检测到下料过程中动态坐标对应的移动关节的实时运行参数信息和移动关节的实时位置，通过上述信息分析判断生成校正补偿值，再将移动关节的实时位置、校正补偿值和预设轨迹曲线进行结合化处理生成移动关节的校正补偿动作，通过校正补偿动作进行对应移动关节的校正补偿操作；

步骤四，校正评估结果输出：按时间线记录移动关节的实际移动位置并生成实际轨迹曲线，再将实际轨迹曲线结合预设轨迹曲线进行量化生成校正评估因子，通过生成的校正评估因子进行移动关节的校正监控并将监控的结果输出到电脑终端显示并进行动态刷新。

进一步的，将移动关节的实时运行参数信息内的实时数据进行标记为Yi,Yi为变量，且i的取值范围为1、2、3、…、n，则n为数据的数量，Y1、Y2、Y3、…、Yn均对应数据，且每一个实时数据均对应一个转换因子。

进一步的，移动关节的实时运行参数信息内的实时数据具体为移动关节的实时运行参数信息为此刻的振动频率值、振动幅度值、实时时间和实时速度；则振动频率值、振动幅度值、实时时间和实时速度分别为Y1、Y2、Y3和Y4，则n的取值为4。

进一步的，校正补偿值的生成过程如下：

将移动关节的实时运行参数信息内实时数据分别和与之对应的预设数据值，将实时数据分析和与之对应的预设数据值进行相减，且将相减的绝对值标记为波动特征值，将波动特征值分别和与之对应的预设区间进行比较，当波动特征值均处于与之对应的预设区间内时，则移动关节正常运行，反之，则提取全部波动特征值构建生成特征波动集合；再将特征波动集合内的波动特征值分别和与之对应的转换因子进行相乘分别，并分别得到对应的校正补偿值；其中预设区间的中间值等于0。

进一步的，步骤三中的结合化处理具体过程如下：

获取动态坐标的实时位置并通过空间直角坐标系获取实时坐标，再获取实时坐标与预设轨迹曲线之间的垂直间距以及垂直交点坐标，再提取校正补偿值对应的实时时间和实时速度，且将实时时间和实时速度对应的校正补偿值进行相乘得到补偿距离，再以垂直交点作为起点，以预设轨迹曲线的运动方向为补偿距离的方向，再将垂直间距、补偿距离代入三角公式得到轨迹直线，再将振动频率值和振动幅度值对应的校正补偿值进行归一化处理生成干扰特征值，通过干扰特征值与垂直间距相乘并进行二次等分生成特征补偿值，再获取轨迹直线与预设轨迹曲线之间的实时夹角并对其进行一次平滑处理生成实时平滑曲段，再通过特征补偿值对实时平滑曲段的波动处进行反向垂直补偿，且将反向垂直补偿实时平滑曲段，再对其补偿夹角进行二次平滑处理并生成补偿平滑曲线，且将上述信息进行分析构建移动关节的校正补偿动作。

进一步的，移动关节的校正补偿动作的具体过程如下：

提取补偿平滑曲线的长度和获取预设剩余时间，计算生成动态平均速度，通过动态平均速度并按补偿平滑曲线进行移动轨迹的运动实时平滑曲线段的预校正补偿操作。

进一步的，步骤四中的整合判断分析的具体过程如下：

通过预设恒定时间将实际轨迹曲线和预设轨迹曲线进行叠合，将实际轨迹曲线的坐标位置标记为Rt，将预设轨迹曲线的坐标标记为rt，将两条坐标位置的差值进行分析得到校正结果异常值A，

其中k为权值系数；通过上述过程，则得到多组移动关节的校正结果异常值A1、A2、A3、…、Aj，则有对应的权值系数k1、k2、k3、…、k4和kj，且k1+k2+k3+k4+k5＝1；j为正整数；

将多组校正结果异常值和与之对应的权值系数进行相乘得到整合判断值；将多组校正结果异常值进行平均并计算其标准差值，再将标准差值和平均值进行比较生成偏差比值，且将偏差比值和整合判断值进行相乘得到校正评估因子。

进一步的，步骤四中的结果输出具体为：将校正评估因子与预设校正值进行比较，当校正评估因子小于预设校正值时，生成校正补偿操作正常运行的文本，当校正评估因子大于等于预设校正值时，则提取校正结果异常值并对其进行从大到小排序，且将从大到小排序的校正结果异常值对应的移动关节的序号构建校正错误集合，并将校正错误集合的前三名进行高亮显示，且将校正错误集合或文本发送到电脑终端显示并进行动态刷新。

进一步的，平滑处理的具体过程如下：

提取夹角处的交点，若交点与其相邻的两个数据点均出现断崖式上升或下降，则标记为不合理数据，若交点与其前或后一个数据点相比出现断崖式下降，则也标记为不合理数据，对不合理数据进行剔除后连接剔除点两侧的曲线，并再次重复上述步骤对连接后的曲线进行再次处理，直至无不合理数据出现。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明是以机器人底座的中心点为原点，建立空间直角坐标系，确定上料匝道、检测物料区、下料匝道以及机器人的移动关节处于空间直角坐标系中的位置坐标并将其进行标记；再通过采集上料匝道上物料高度和数量重新构建新的上料匝道坐标点，并结合检测物料区和下料匝道坐标点构建机器人的移动关节的预设轨迹曲线，再按上述预设轨迹曲线进行运行实现上料到检测到下料的过程，且通过采集上料到检测到下料过程中动态坐标对应的移动关节的实时运行参数信息和移动关节的实时位置，通过上述信息分析判断生成校正补偿值，再将移动关节的实时位置、校正补偿值和预设轨迹曲线进行结合化处理生成移动关节的校正补偿动作，通过校正补偿动作进行对应移动关节的校正补偿操作，通过校正补偿操作对设备的运行轨迹进行预校正补偿，抵消干扰项参数的干扰；同时按时间线记录移动关节的实际移动位置并生成实际轨迹曲线，再将实际轨迹曲线结合预设轨迹曲线进行量化生成校正评估因子，通过生成的校正评估因子进行移动关节的校正监控并将监控的结果输出到电脑终端显示并进行动态刷新；通过对移动关节的校正补偿结果进行可视化评价操作，辅助工作人员实现进一步的校正优化或设备维护。

附图说明

图1示出了本发明的轨迹规划方法流程图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，一种机器人上下料用轨迹规划方法，轨迹规划方法过程如下：

以机器人底座的中心点为原点，建立空间直角坐标系，确定上料匝道、检测物料区、下料匝道以及机器人的移动关节处于空间直角坐标系中的位置坐标并将其进行标记；

其中定位坐标的具体过程如下：以机器人底座的中心点为原点，以原点向上的垂直线为z轴，以原点向外垂直延伸的两条直径分别为x轴和y轴形成定位坐标；以上料匝道顶面中轴线与原点的垂直线交点为上料坐标点，再将检测物料区顶面中轴线与原点的垂直线交点为检测坐标点，还将下料匝道顶面中轴线与原点的垂直线交点为下料坐标点，再将机器人的移动关节标记为动态坐标，动态坐标为多个，且将机器人的夹具标记为末端坐标；

通过采集上料匝道上物料高度和数量重新构建新的上料匝道坐标点，并结合检测物料区和下料匝道坐标点构建机器人的移动关节的预设轨迹曲线，再按上述预设轨迹曲线进行运行实现上料到检测到下料的过程；

通过Robotics Toolbox将机械手各关节简化为一系列杆件，在运用Link函数可以建立直观的机器人或机械手模型，在通过运动学方程剔除极端位置和选择优化位置，且通过笛卡尔规划、关节空间规划或变换插值规划生成若干条规划路径，排除断线路径后将总体最短的路径标记为预设轨迹曲线，需要注意的是预设轨迹曲线为多个，分别对应不同的移动关节；

采集上料到检测到下料过程中动态坐标对应的移动关节的实时运行参数信息和移动关节的实时位置，将移动关节的实时运行参数信息内的实时数据分别标记为Yi,Yi为变量，且i的取值范围为1、2、3、…、n，则n为数据的数量，Y1、Y2、Y3、…、Yn分别对应一个实时数据，且每一个实时数据均对应一个转换因子；

移动关节的实时运行参数信息内的实时数据具体为移动关节的实时运行参数信息为此刻的振动频率值、振动幅度值、实时时间和实时速度；

则振动频率值、振动幅度值、实时时间和实时速度分别为Y1、Y2、Y3和Y4，则n的取值为4；振动频率值和振动幅度值均通过振动传感器感应移动关节处的振动信息生成，实时速度通过速度传感器感应移动关节处的实时速度；振动频率值和振动幅度值越高，对机器人的运行影响就越大；

将移动关节的实时运行参数信息内实时数据分别和与之对应的预设数据值，将实时数据分析和与之对应的预设数据值进行相减，且将相减的绝对值标记为波动特征值，将波动特征值分别和与之对应的预设区间进行比较，当波动特征值均处于与之对应的预设区间内时，则移动关节正常运行，反之，则提取全部波动特征值构建生成特征波动集合；再将特征波动集合内的波动特征值分别和与之对应的转换因子进行相乘分别，并分别得到对应的校正补偿值；其中预设区间的中间值等于0；

将移动关节的实时运行参数信息内实时数据分别和与之对应的预设数据值，将实时数据分析和与之对应的预设数据值进行相减，且将相减的绝对值标记为波动特征值，将波动特征值分别和与之对应的预设区间进行比较，当波动特征值均处于与之对应的预设区间内时，则移动关节正常运行，反之，则提取全部波动特征值构建生成特征波动集合；再将特征波动集合内的波动特征值分别和与之对应的转换因子进行相乘分别，并分别得到对应的校正补偿值；其中预设区间的中间值等于0；

获取动态坐标的实时位置并通过空间直角坐标系获取实时坐标，再获取实时坐标与预设轨迹曲线之间的垂直间距以及垂直交点坐标，再提取校正补偿值对应的实时时间和实时速度，且将实时时间和实时速度对应的校正补偿值进行相乘得到补偿距离，再以垂直交点作为起点，以预设轨迹曲线的运动方向为补偿距离的方向，再将垂直间距、补偿距离代入三角公式得到轨迹直线，再将振动频率值和振动幅度值对应的校正补偿值进行归一化处理生成干扰特征值，通过干扰特征值与垂直间距相乘并进行二次等分生成特征补偿值，再获取轨迹直线与预设轨迹曲线之间的实时夹角并对其进行一次平滑处理生成实时平滑曲段，再通过特征补偿值对实时平滑曲段的波动处进行反向垂直补偿，且将反向垂直补偿实时平滑曲段，再对其补偿夹角进行二次平滑处理并生成补偿平滑曲线，再提取补偿平滑曲线的长度和获取预设剩余时间，计算生成动态平均速度，通过动态平均速度并按补偿平滑曲线进行移动轨迹的运动实时平滑曲段的预校正补偿操作；

其中两次的平滑处理的过程均如下：提取夹角处的交点，若交点与其相邻的两个数据点均出现断崖式上升或下降，则标记为不合理数据，若交点与其前或后一个数据点相比出现断崖式下降，则也标记为不合理数据，对不合理数据进行剔除后连接剔除点两侧的曲线，并再次重复上述步骤对连接后的曲线进行再次处理，直至无不合理数据出现；

按时间线记录移动关节的实际移动位置并生成实际轨迹曲线，通过预设恒定时间将实际轨迹曲线和预设轨迹曲线进行叠合，将实际轨迹曲线的坐标位置标记为Rt，将预设轨迹曲线的坐标标记为rt，将两条坐标位置的差值进行分析得到校正结果异常值A，

其中k为权值系数；通过上述过程，则得到多组移动关节的校正结果异常值A1、A2、A3、…、Aj，则有对应的权值系数k1、k2、k3、…、k4和kj，且k1+k2+k3+k4+k5＝1；j为正整数；

将多组校正结果异常值和与之对应的权值系数进行相乘得到整合判断值；将多组校正结果异常值进行平均并计算其标准差值，再将标准差值和平均值进行比较生成偏差比值，且将偏差比值和整合判断值进行相乘得到校正评估因子；

将校正评估因子与预设校正值进行比较，当校正评估因子小于预设校正值时，生成校正补偿操作正常运行的文本，当校正评估因子大于等于预设校正值时，则提取校正结果异常值并对其进行从大到小排序，且将从大到小排序的校正结果异常值对应的移动关节的序号构建校正错误集合，并将校正错误集合的前三名进行高亮显示，还将校正错误集合或文本发送到电脑终端显示并进行动态刷新；

综合上述技术方案，本发明是以机器人底座的中心点为原点，建立空间直角坐标系，确定上料匝道、检测物料区、下料匝道以及机器人的移动关节处于空间直角坐标系中的位置坐标并将其进行标记；再通过采集上料匝道上物料高度和数量重新构建新的上料匝道坐标点，并结合检测物料区和下料匝道坐标点构建机器人的移动关节的预设轨迹曲线，再按上述预设轨迹曲线进行运行实现上料到检测到下料的过程，且通过采集上料到检测到下料过程中动态坐标对应的移动关节的实时运行参数信息和移动关节的实时位置，通过上述信息分析判断生成校正补偿值，再将移动关节的实时位置、校正补偿值和预设轨迹曲线进行结合化处理生成移动关节的校正补偿动作，通过校正补偿动作进行对应移动关节的校正补偿操作，通过校正补偿操作对设备的运行轨迹进行预校正补偿，抵消干扰项参数的干扰；同时按时间线记录移动关节的实际移动位置并生成实际轨迹曲线，再将实际轨迹曲线结合预设轨迹曲线进行量化生成校正评估因子，通过生成的校正评估因子进行移动关节的校正监控并将监控的结果输出到电脑终端显示并进行动态刷新；通过对移动关节的校正补偿结果进行可视化评价操作，辅助工作人员实现进一步的校正优化或设备维护。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种机器人上下料用轨迹规划方法，其特征在于，轨迹规划方法过程如下：

步骤一、建立定位坐标和标记点：以机器人底座的中心点为原点，建立空间直角坐标系，确定上料匝道、检测物料区、下料匝道以及机器人的移动关节处于空间直角坐标系中的位置坐标并将其进行标记；

步骤二、构建上下料轨迹：通过采集上料匝道上物料高度和数量重新构建新的上料匝道坐标点，并结合检测物料区和下料匝道坐标点构建机器人的移动关节的预设轨迹曲线，再按上述预设轨迹曲线进行运行实现上料到检测到下料的过程；

步骤三、判断动态校正偏差进行校正补偿操作：采集上料到检测到下料过程中动态坐标对应的移动关节的实时运行参数信息和移动关节的实时位置，通过上述信息分析判断生成校正补偿值，再将移动关节的实时位置、校正补偿值和预设轨迹曲线进行结合化处理生成移动关节的校正补偿动作，通过校正补偿动作进行对应移动关节的校正补偿操作；

步骤四，校正评估结果输出：按时间线记录移动关节的实际移动位置并生成实际轨迹曲线，再将实际轨迹曲线结合预设轨迹曲线进行量化生成校正评估因子，通过生成的校正评估因子进行移动关节的校正监控并将监控的结果输出到电脑终端显示并进行动态刷新。

2.根据权利要求1所述的一种机器人上下料用轨迹规划方法，其特征在于，将移动关节的实时运行参数信息内的实时数据分别标记为Yi,Yi为变量，且i的取值范围为1、2、3、…、n，则n为数据的数量，Y1、Y2、Y3、…、Yn分别对应一个实时数据，且每一个实时数据均对应一个转换因子。

3.根据权利要求2所述的一种机器人上下料用轨迹规划方法，其特征在于，移动关节的实时运行参数信息内的实时数据具体为移动关节的实时运行参数信息为此刻的振动频率值、振动幅度值、实时时间和实时速度；则振动频率值、振动幅度值、实时时间和实时速度分别为Y1、Y2、Y3和Y4，则n的取值为4。

4.根据权利要求2所述的一种机器人上下料用轨迹规划方法，其特征在于，校正补偿值的生成过程如下：

将移动关节的实时运行参数信息内实时数据分别和与之对应的预设数据值，将实时数据分析和与之对应的预设数据值进行相减，且将相减的绝对值标记为波动特征值，将波动特征值分别和与之对应的预设区间进行比较，当波动特征值均处于与之对应的预设区间内时，则移动关节正常运行，反之，则提取全部波动特征值构建生成特征波动集合；再将特征波动集合内的波动特征值分别和与之对应的转换因子进行相乘分别，并分别得到对应的校正补偿值；其中预设区间的中间值等于0。

5.根据权利要求4所述的一种机器人上下料用轨迹规划方法，其特征在于，步骤三中的结合化处理具体过程如下：

获取动态坐标的实时位置并通过空间直角坐标系获取实时坐标，再获取实时坐标与预设轨迹曲线之间的垂直间距以及垂直交点坐标，再提取校正补偿值对应的实时时间和实时速度，且将实时时间和实时速度对应的校正补偿值进行相乘得到补偿距离，再以垂直交点作为起点，以预设轨迹曲线的运动方向为补偿距离的方向，再将垂直间距、补偿距离代入三角公式得到轨迹直线，再将振动频率值和振动幅度值对应的校正补偿值进行归一化处理生成干扰特征值，通过干扰特征值与垂直间距相乘并进行二次等分生成特征补偿值，再获取轨迹直线与预设轨迹曲线之间的实时夹角并对其进行一次平滑处理生成实时平滑曲段，再通过特征补偿值对实时平滑曲段的波动处进行反向垂直补偿，且将反向垂直补偿实时平滑曲段，再对其补偿夹角进行二次平滑处理并生成补偿平滑曲线，且将上述信息进行分析构建移动关节的校正补偿动作。

6.根据权利要求5所述的一种机器人上下料用轨迹规划方法，其特征在于，移动关节的校正补偿动作的具体过程如下：

提取补偿平滑曲线的长度和获取预设剩余时间，计算生成动态平均速度，通过动态平均速度并按补偿平滑曲线进行移动轨迹的运动实时平滑曲线段的预校正补偿操作。

7.根据权利要求5所述的一种机器人上下料用轨迹规划方法，其特征在于，步骤四中的整合判断分析的具体过程如下：

通过预设恒定时间将实际轨迹曲线和预设轨迹曲线进行叠合，将实际轨迹曲线的坐标位置标记为Rt，将预设轨迹曲线的坐标标记为rt，将两条坐标位置的差值进行分析得到校正结果异常值A，

其中k为权值系数；通过上述过程，则得到多组移动关节的校正结果异常值A1、A2、A3、…、Aj，则有对应的权值系数k1、k2、k3、…、k4和kj，且k1+k2+k3+k4+k5＝1；j为正整数；

将多组校正结果异常值和与之对应的权值系数进行相乘得到整合判断值；将多组校正结果异常值进行平均并计算其标准差值，再将标准差值和平均值进行比较生成偏差比值，且将偏差比值和整合判断值进行相乘得到校正评估因子。

8.根据权利要求5所述的一种机器人上下料用轨迹规划方法，其特征在于，步骤四中的结果输出具体为：将校正评估因子与预设校正值进行比较，当校正评估因子小于预设校正值时，生成校正补偿操作正常运行的文本，当校正评估因子大于等于预设校正值时，则提取校正结果异常值并对其进行从大到小排序，且将从大到小排序的校正结果异常值对应的移动关节的序号构建校正错误集合，并将校正错误集合的前三名进行高亮显示，且将校正错误集合或文本发送到电脑终端显示并进行动态刷新。

9.根据权利要求5所述的一种机器人上下料用轨迹规划方法，其特征在于，平滑处理的具体过程如下：

提取夹角处的交点，若交点与其相邻的两个数据点均出现断崖式上升或下降，则标记为不合理数据，若交点与其前或后一个数据点相比出现断崖式下降，则也标记为不合理数据，对不合理数据进行剔除后连接剔除点两侧的曲线，并再次重复上述步骤对连接后的曲线进行再次处理，直至无不合理数据出现。

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