科创中国

本发明涉及一种六轴串联工业机器人的笛卡尔空间运动轨迹的平滑方法,以三次准均匀样条曲线构造任意两段相邻的给定运动路径之间的过渡路径,根据两段给定运动路径的长度和给定过渡半径确定实际过渡半径;再根据实际过渡半径求取过渡路径起点的位置和过渡路径终点的位置,求取作为过渡路径的样条曲线的控制点的位置,构造出合适的过渡路径;再进行七段S型速度规划获得路径长度与时间的函数关系,最后根据路径长度与时间的函数关系进行等时插补,获得插补点的实际位置;

在本发明中，第i+1段给定运动路径的路径参数和所述第i段过渡路径的实际过渡半径分别求解所述第i段过渡路径的起点在第i段给定运动路径上的对应参数以及第i段过渡路径的终点在第i+1段给定运动路径上的对应参数，其中对应参数包括参数值、位置、一阶导数和二阶导数的方法包括：根据第i段给定运动路径的路径类型求解所述第i段过渡路径的起点在第i段给定运动路径上的参数值、位置、一阶导数和二阶导数，以及根据第i+1段给定运动路径的路径类型求解所述第i段过渡路径的终点在第i+1段给定运动路径上的参数值、位置、一阶导数和二阶导数，其中所述第i段给定运动路径的路径类型定义为Typei，Typei∈{1,2}，当Typei＝1时，路径类型为空间直线，当Typei＝2时，路径类型为空间圆弧；所述第i+1段给定运动路径的路径类型定义为Typei+1，Typei+1∈{1,2}，当Typei+1＝1时，路径类型为空间直线，当Typei+1＝2时，路径类型为空间圆弧。

六轴串联工业机器人在笛卡尔空间的运动轨迹是由用户输入的多条运动指令给定的运动路径、速度规划算法和插补算法所确定的。每条运动指令给定的运动路径(如直线和圆弧)都是平滑的，并且依次首尾衔接。但如果不对每段路径的衔接处进行过渡处理，在进行速度规划时就必须将六轴串联工业机器人通过衔接处时的速度降为零，如果不将六轴串联工业机器人在衔接处时的速度降为零，那么六轴串联工业机器人就会因为路径间曲率的不连续导致六轴串联工业机器人的关节产生严重震荡，且会对六轴串联工业机器人造成不可逆的严重损害。但是如果每次都将六轴串联工业机器人的速度降为零又会降低六轴串联工业机器人的运行效率，使得运动不连续，导致运动轨迹不够平滑，因此对六轴串联工业机器人的运动轨迹有严格要求的场合(如焊接、喷漆等)就不能采用这种方案。

为了使得六轴串联工业机器人在整个路径上连续运动，从而获得平滑的运动轨迹，就需要在两段给定运动路径之间构造过渡路径。常见的过渡路径有圆弧、抛物线和样条曲线等，其中圆弧和抛物线构造较为简单，但不能用于异面的给定运动路径间的过渡，为了实现异面的给定运动路径间的过渡，需要选用样条曲线构造过渡路径，但样条曲线也存在构造方式较为复杂的问题。在构造出平滑的运动路径后，还需要选择合适的速度规划算法和插补算法，从而获得六轴串联工业机器人在路径上平滑的运动轨迹，不合适的速度规划算法和插补算法会使得运动轨迹不够平滑。本发明在工业机器人控制技术领域有着广泛的应用前景。

发明人：潘丰 钱网

江南大学是教育部直属、国家“211工程”重点建设高校和“双一流”建设高校。学校具有悠久的办学历史、厚重的文化积淀，源起1902年创建的三江师范学堂，历经国立中央大学、南京大学等发展时期；1958年南京工学院食品工业系整建制东迁无锡独立建校，成立无锡轻工业学院；1962年无锡纺织工学院并入无锡轻工业学院；1995年更名为无锡轻工大学；2001年无锡轻工大学、江南学院、无锡教育学院合并组建江南大学；2003年东华大学无锡校区并入江南大学。

根据路径类型采用不同的插补点求取方式求解出插补点的实际位置，通过运动学逆解求出六轴串联工业机器人各关节转动的角度，以驱动六轴串联工业机器人转动，获得六轴串联工业机器人在笛卡尔空间中整个路径上的连续运动轨迹。本发明通过在任意两段相邻的给定运动路径之间构造过渡路径的方式实现了运动路径之间的平滑过渡和曲率连续，再通过七段S型速度规划和等时插补求得每个插补时刻对应的六轴串联工业机器人关节的转动角度，从而驱动六轴串联工业机器人在整个平滑的路径上连续运动，获得了平滑的运动轨迹，避免了频繁的加减速，提高了机器人的运行效率，满足了生产实际的工艺需求。

科技成果只有通过实施开发应用，使其转化为生产力，才能取得经济效益和社会效益。成果方目标是将科技成果转化为现实生产力，期待有意愿的企业或合作单位进行合作推广或者进行产品生产。考虑合作转化、许可+合作等转化方式与企业、科学技术研究开发机构和其他组织建立合作关系。