機器人自適應控制方法
2023-08-05 08:18:31 1
機器人自適應控制方法
【專利摘要】機器人自適應控制方法屬於工業機器人控制【技術領域】。現有控制方法自動化程度低、實現周期長、效率低、自動控制精度較低、重複性較差、受人為因素影響較大。本發明兩組iGPS雷射接收傳感器分別布置在目標工件和自定位標定架上；採用雷射三維掃描測量方法得到目標工件上的目標點及第一組iGPS雷射接收傳感器的空間矢量坐標，並儲存在數據處理伺服器中；兩組iGPS雷射接收傳感器實時將各自的空間位置信號發送給數據處理伺服器；由數據處理伺服器根據所述空間矢量坐標、所述空間位置信號以及目標工件的數字模型，確定機器人工具端及目標工件上的各目標點的空間位姿，據此發送控制信號到機器人驅動系統，驅動機器人工具端從起始點前往目標點，實現機器人的自適應控制。
【專利說明】機器人自適應控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種機器人自適應控制方法，該方法應用iGPS實時定位機器人工具端及目標工件的空間位姿，通過數模計算得到兩者位置關係，由此控制機器人，使其以名義位姿前往目標工件上的目標點位或者目標連續軌跡，實現機器人的自適應控制，屬於工業機器人控制【技術領域】。
【背景技術】
[0002]工業機器人是具有多關節機械手，依靠自身動力和控制能力實現多自由度操作、自動執行工作任務的機械裝置。所述機械裝置由主體、驅動系統和控制系統三個基本部分組成。主體包括機座I和執行機構，如圖1所示，執行機構包括臂部2、腕部3和手部，所述手部也就是機器人工具端4，機座I有固定式和行走式之分。所謂多自由度最終表現在機器人工具端4。驅動系統包括動力裝置和傳動機構，由其驅動執行機構產生相應的動作。控制系統按照輸入的電腦程式向驅動系統發出指令信號，由驅動系統按照指令信號控制執行機構。工業機器人以點位型或者連續軌跡型完成上下料、點焊、搬運、裝卸或者連續焊接、塗裝等作業。在作業過程中，機器人工具端4與目標工件5的空間位姿關係按以下方案確定。操作者通過操作手柄使機器人以點動方式移動，當機器人工具端4到達目標工位後，再手動採點，包括作業起始點和目標點，並存儲、設置相應插補方式，從而實現機器人從起始點到目標點的自動化控制。與市場對機器人自動化控制的短周期、高效率、高精度的需求相比，現有機器人自動化控制方法存在以下不足:(1)因目標點位置需要人工操控獲取，並需設置相應參數才能實現機器人的自動控制，所以該控制方法自動化程度低、實現周期長、效率低；(2)因人工採集目標點時存在位置偏差，使得機器人自動控制精度較低、重複性較差；(3)因機器人的自動控制受人為因素影響較大，所以對操作人員的操作技能要求較高。總而言之，在所述控制方法中存在人為因素，該控制方法自動化程度較低、作業周期較長、重複性較差，採點精度受到影響。
【發明內容】
[0003]為了使機器人在作業過程中，避免人為因素影響，提高自動化程度，縮短作業周期，提高重複性和採點精度，我們發明了一種機器人自適應控制方法。
[0004]在本發明之機器人自適應控制方法如圖1、圖2所示，在iGPS的定位範圍內，均勻布置2?3個iGPS雷射發射器6 ;在iGPS雷射發射器6的雷射信號投放範圍內，第一組iGPS雷射接收傳感器7布置在目標工件5上，第二組iGPS雷射接收傳感器8均勻布置在自定位標定架9上，機器人工具端4安放在自定位標定架9的幾何中心處，由數據處理伺服器10控制iGPS的定位工作；採用雷射三維掃描測量方法得到目標工件5上的目標點及第一組iGPS雷射接收傳感器7的空間矢量坐標，並儲存在數據處理伺服器10中；第一組iGPS雷射接收傳感器7、第二組iGPS雷射接收傳感器8實時將各自的空間位置信號發送給數據處理伺服器10 ;由數據處理伺服器10根據所述空間矢量坐標、所述空間位置信號以及目標工件5的數字模型，確定機器人工具端4及目標工件5上的各目標點的空間位姿，據此發送控制信號到機器人驅動系統，驅動機器人工具端4從起始點前往目標點，實現機器人的自適應控制。
[0005]依照本發明之方案，由iGPS固有的功能決定了 iGPS雷射發射器與iGPS雷射接收傳感器形成一個自適應定位系統。由該自適應定位系統精確定位測量場全局坐標系。iGPS能夠在其定位範圍內同時獲取任意數量的iGPS雷射接收傳感器的空間位置信息。
[0006]由於機器人工具端4與自定位標定架9具有確定的位置關係,且自定位標定架9上均勻布置有若干iGPS雷射接收傳感器。同時，處在iGPS的定位範圍內的目標工件5上也布置有若干iGPS雷射接收傳感器，且目標點及這些iGPS雷射接收傳感器的空間矢量坐標已知。在第一組iGPS雷射接收傳感器7、第二組iGPS雷射接收傳感器8實時將各自的空間位置信號發送給數據處理伺服器10的過程中，數據處理伺服器10根據所述空間位置信號、機器人工具端4與第二組iGPS雷射接收傳感器8的位置關係、目標工件5上的目標點與第一組iGPS雷射接收傳感器7的空間矢量坐標及目標工件5的數字模型，實時計算出機器人工具端4和目標工件5上各目標點的空間位姿，據此實時發送控制信號到機器人驅動系統，驅動機器人工具端4從起始點前往目標點。根據本發明之方法，不要求配備一種目標工件專用工裝，不需要提交一種目標工件專門程序。只要目標工件位於iGPS的定位範圍內，其數字模型已知，機器人即可自適應控制，完成目標工件的加工、裝配等。從本發明的過程可以看出，本發明避免了人為因素的影響，提高了自動化程度，縮短了作業周期，提高了重複性和採點精度。
[0007]數據處理伺服器7本身具有數據處理、數據保存、數據安全檢測及過濾功能，用來建立由iGPS雷射發射器與iGPS雷射接收傳感器組成的自適應定位系統的全局坐標系，定位機器人工具端4，實時以跟蹤測量的方式監控測量場內的機器人工具端4與目標工件5之間相對位置關係及微動量，實現機器人自適應控制。
[0008]本發明應用雷射三維掃描測量方法能夠精確得到被測量對象如目標點等的空間相對坐標，以此為基礎，完成目標點的數位化定位，幫助機器人進一步實現自適應控制。
[0009]本發明是一種融合了 iGPS、iProbe探針、雷射三維掃描和自適應伺服器等多項先進技術的自適應控制方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明之機器人自適應控制方法控制過程示意圖，該圖同時作為摘要附圖。圖2是本發明之機器人自適應控制方法所涉及的硬體部分分布狀態示意圖。
【具體實施方式】
[0011]在本發明之機器人自適應控制方法如圖1、圖2所示，在iGPS的定位範圍內，均勻布置2?3個iGPS雷射發射器6，如2個，2個iGPS雷射發射器6位於機器人兩側，2個iGPS雷射發射器6相距7?15m，這樣能夠確保iGPS雷射發射器6的信號被有效利用，iGPS雷射發射器6的垂直高度達到機器人工具端4的伸展高度，這樣能夠保證在機器人運動範圍內，iGPS雷射接收傳感器能夠有效接收iGPS雷射發射器6發射的光。在iGPS雷射發射器6的雷射信號投放範圍內，第一組iGPS雷射接收傳感器7布置在目標工件5上，第二組iGPS雷射接收傳感器8均勻布置在自定位標定架9上，機器人工具端4安放在自定位標定架9的幾何中心處。所述自定位標定架9採用鋁型材杆件製作，呈矩形。由於鋁型材杆件具有通用性強、裝調方便、重量輕等優點，因此，用在機器人工具端4能夠實現多功能的柔性控制，例如，鑽、焊、切割、雕刻、測量等。自定位標定架9作為連接機器人工具端4和第二組iGPS雷射接收傳感器8的轉接件，第二組iGPS雷射接收傳感器8由4個iGPS雷射接收傳感器組成，以磁力吸附的方式固定在自定位標定架9矩形4個角上。由數據處理伺服器10控制iGPS的定位工作，包括全局信號總控，iGPS雷射發射器工作指令的發送，iGPS雷射接收傳感器空間位置信號的接收、運算處理、機器人驅動系統控制信號的發送。iGPS雷射發射器
6、機器人驅動系統分別以乙太網通信方式與數據處理伺服器10連接。第一組iGPS雷射接收傳感器7、第二組iGPS雷射接收傳感器8分別以無線通信的方式與數據處理伺服器10連接。採用雷射三維掃描測量方法得到目標工件5上的目標點及第一組iGPS雷射接收傳感器7的空間矢量坐標，並儲存在數據處理伺服器10中；第一組iGPS雷射接收傳感器7、第二組iGPS雷射接收傳感器8實時將各自的空間位置信號發送給數據處理伺服器10 ;由數據處理伺服器10根據所述空間矢量坐標、所述空間位置信號以及目標工件5的數字模型，確定機器人工具端4及目標工件5上的各目標點的空間位姿，據此發送控制信號到機器人驅動系統，驅動機器人工具端4從起始點前往目標點，實現機器人的自適應控制。
[0012]本發明通過使用iGPS的空間組網技術提高了機器人控制的自動化程度、縮短了機器人作業周期；通過實時捕獲目標工件5和機器人工具端4的空間位姿，提高了機器人的自動控制精度和重複精度；通過建立機器人工具端4與目標工件5的相關幾何數模，減少了操作過程中人為因素的影響。
【權利要求】
1.一種機器人自適應控制方法，在iGPS的定位範圍內，均勻布置2?3個iGPS雷射發射器(6);其特徵在於,在iGPS雷射發射器(6)的雷射信號投放範圍內，第一組iGPS雷射接收傳感器(7)布置在目標工件(5)上，第二組iGPS雷射接收傳感器(8)均勻布置在自定位標定架(9)上，機器人工具端⑷安放在自定位標定架(9)的幾何中心處，由數據處理伺服器(10)控制iGPS的定位工作；採用雷射三維掃描測量方法得到目標工件(5)上的目標點及第一組iGPS雷射接收傳感器(7)的空間矢量坐標，並儲存在數據處理伺服器(10)中；第一組iGPS雷射接收傳感器(7)、第二組iGPS雷射接收傳感器(8)實時將各自的空間位置信號發送給數據處理伺服器(10);由數據處理伺服器(10)根據所述空間矢量坐標、所述空間位置信號以及目標工件(5)的數字模型，確定機器人工具端(4)及目標工件(5)上的各目標點的空間位姿，據此發送控制信號到機器人驅動系統，驅動機器人工具端(4)從起始點前往目標點，實現機器人的自適應控制。
2.根據權利要求1所述的機器人自適應控制方法，其特徵在於，所述iGPS雷射發射器(6)採用2個，2個iGPS雷射發射器(6)位於機器人兩側，2個iGPS雷射發射器(6)相距7?15m，iGPS雷射發射器(6)的垂直高度達到機器人工具端⑷的伸展高度。
3.根據權利要求1所述的機器人自適應控制方法，其特徵在於，自定位標定架(9)呈矩形，第二組iGPS雷射接收傳感器(8)由4個iGPS雷射接收傳感器組成，以磁力吸附的方式固定在自定位標定架(9)矩形4個角上。
4.根據權利要求1所述的機器人自適應控制方法，其特徵在於，數據處理伺服器(10)控制iGPS的定位工作包括全局信號總控，iGPS雷射發射器工作指令的發送，iGPS雷射接收傳感器空間位置信號的接收、運算處理、機器人驅動系統控制信號的發送。
5.根據權利要求1所述的機器人自適應控制方法，其特徵在於，iGPS雷射發射器(6)、機器人驅動系統分別以乙太網通信方式與數據處理伺服器(10)連接；第一組iGPS雷射接收傳感器(7)、第二組iGPS雷射接收傳感器(8)分別以無線通信的方式與數據處理伺服器(10)連接。
【文檔編號】G05B13/04GK104181814SQ201410398301
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月13日 優先權日:2014年8月13日
【發明者】李麗娟, 於博, 林雪竹, 任姣姣, 楊昕, 朱運東, 王勁松, 趙延輝, 李寧 申請人:長春理工大學