機(jī)器人自適應(yīng)控制方法
【專利摘要】機(jī)器人自適應(yīng)控制方法屬于工業(yè)機(jī)器人控制【技術(shù)領(lǐng)域】。現(xiàn)有控制方法自動(dòng)化程度低、實(shí)現(xiàn)周期長(zhǎng)、效率低、自動(dòng)控制精度較低、重復(fù)性較差、受人為因素影響較大。本發(fā)明兩組iGPS激光接收傳感器分別布置在目標(biāo)工件和自定位標(biāo)定架上；采用激光三維掃描測(cè)量方法得到目標(biāo)工件上的目標(biāo)點(diǎn)及第一組iGPS激光接收傳感器的空間矢量坐標(biāo)，并儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)處理服務(wù)器中；兩組iGPS激光接收傳感器實(shí)時(shí)將各自的空間位置信號(hào)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理服務(wù)器；由數(shù)據(jù)處理服務(wù)器根據(jù)所述空間矢量坐標(biāo)、所述空間位置信號(hào)以及目標(biāo)工件的數(shù)字模型，確定機(jī)器人工具端及目標(biāo)工件上的各目標(biāo)點(diǎn)的空間位姿，據(jù)此發(fā)送控制信號(hào)到機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具端從起始點(diǎn)前往目標(biāo)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自適應(yīng)控制。
【專利說明】機(jī)器人自適應(yīng)控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)器人自適應(yīng)控制方法，該方法應(yīng)用iGPS實(shí)時(shí)定位機(jī)器人工具端及目標(biāo)工件的空間位姿，通過數(shù)模計(jì)算得到兩者位置關(guān)系，由此控制機(jī)器人，使其以名義位姿前往目標(biāo)工件上的目標(biāo)點(diǎn)位或者目標(biāo)連續(xù)軌跡，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自適應(yīng)控制，屬于工業(yè)機(jī)器人控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)機(jī)器人是具有多關(guān)節(jié)機(jī)械手，依靠自身動(dòng)力和控制能力實(shí)現(xiàn)多自由度操作、自動(dòng)執(zhí)行工作任務(wù)的機(jī)械裝置。所述機(jī)械裝置由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體包括機(jī)座I和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖1所示，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括臂部2、腕部3和手部，所述手部也就是機(jī)器人工具端4，機(jī)座I有固定式和行走式之分。所謂多自由度最終表現(xiàn)在機(jī)器人工具端4。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由其驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)按照輸入的計(jì)算機(jī)程序向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令信號(hào)，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按照指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人以點(diǎn)位型或者連續(xù)軌跡型完成上下料、點(diǎn)焊、搬運(yùn)、裝卸或者連續(xù)焊接、涂裝等作業(yè)。在作業(yè)過程中，機(jī)器人工具端4與目標(biāo)工件5的空間位姿關(guān)系按以下方案確定。操作者通過操作手柄使機(jī)器人以點(diǎn)動(dòng)方式移動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人工具端4到達(dá)目標(biāo)工位后，再手動(dòng)采點(diǎn)，包括作業(yè)起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)，并存儲(chǔ)、設(shè)置相應(yīng)插補(bǔ)方式，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的自動(dòng)化控制。與市場(chǎng)對(duì)機(jī)器人自動(dòng)化控制的短周期、高效率、高精度的需求相比，現(xiàn)有機(jī)器人自動(dòng)化控制方法存在以下不足:(1)因目標(biāo)點(diǎn)位置需要人工操控獲取，并需設(shè)置相應(yīng)參數(shù)才能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)控制，所以該控制方法自動(dòng)化程度低、實(shí)現(xiàn)周期長(zhǎng)、效率低；(2)因人工采集目標(biāo)點(diǎn)時(shí)存在位置偏差，使得機(jī)器人自動(dòng)控制精度較低、重復(fù)性較差；(3)因機(jī)器人的自動(dòng)控制受人為因素影響較大，所以對(duì)操作人員的操作技能要求較高?？偠灾?，在所述控制方法中存在人為因素，該控制方法自動(dòng)化程度較低、作業(yè)周期較長(zhǎng)、重復(fù)性較差，采點(diǎn)精度受到影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了使機(jī)器人在作業(yè)過程中，避免人為因素影響，提高自動(dòng)化程度，縮短作業(yè)周期，提高重復(fù)性和采點(diǎn)精度，我們發(fā)明了一種機(jī)器人自適應(yīng)控制方法。
[0004]在本發(fā)明之機(jī)器人自適應(yīng)控制方法如圖1、圖2所示，在iGPS的定位范圍內(nèi)，均勻布置2?3個(gè)iGPS激光發(fā)射器6 ;在iGPS激光發(fā)射器6的激光信號(hào)投放范圍內(nèi)，第一組iGPS激光接收傳感器7布置在目標(biāo)工件5上，第二組iGPS激光接收傳感器8均勻布置在自定位標(biāo)定架9上，機(jī)器人工具端4安放在自定位標(biāo)定架9的幾何中心處，由數(shù)據(jù)處理服務(wù)器10控制iGPS的定位工作；采用激光三維掃描測(cè)量方法得到目標(biāo)工件5上的目標(biāo)點(diǎn)及第一組iGPS激光接收傳感器7的空間矢量坐標(biāo)，并儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)處理服務(wù)器10中；第一組iGPS激光接收傳感器7、第二組iGPS激光接收傳感器8實(shí)時(shí)將各自的空間位置信號(hào)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理服務(wù)器10 ;由數(shù)據(jù)處理服務(wù)器10根據(jù)所述空間矢量坐標(biāo)、所述空間位置信號(hào)以及目標(biāo)工件5的數(shù)字模型，確定機(jī)器人工具端4及目標(biāo)工件5上的各目標(biāo)點(diǎn)的空間位姿，據(jù)此發(fā)送控制信號(hào)到機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具端4從起始點(diǎn)前往目標(biāo)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自適應(yīng)控制。
[0005]依照本發(fā)明之方案，由iGPS固有的功能決定了 iGPS激光發(fā)射器與iGPS激光接收傳感器形成一個(gè)自適應(yīng)定位系統(tǒng)。由該自適應(yīng)定位系統(tǒng)精確定位測(cè)量場(chǎng)全局坐標(biāo)系。iGPS能夠在其定位范圍內(nèi)同時(shí)獲取任意數(shù)量的iGPS激光接收傳感器的空間位置信息。
[0006]由于機(jī)器人工具端4與自定位標(biāo)定架9具有確定的位置關(guān)系,且自定位標(biāo)定架9上均勻布置有若干iGPS激光接收傳感器。同時(shí)，處在iGPS的定位范圍內(nèi)的目標(biāo)工件5上也布置有若干iGPS激光接收傳感器，且目標(biāo)點(diǎn)及這些iGPS激光接收傳感器的空間矢量坐標(biāo)已知。在第一組iGPS激光接收傳感器7、第二組iGPS激光接收傳感器8實(shí)時(shí)將各自的空間位置信號(hào)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理服務(wù)器10的過程中，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器10根據(jù)所述空間位置信號(hào)、機(jī)器人工具端4與第二組iGPS激光接收傳感器8的位置關(guān)系、目標(biāo)工件5上的目標(biāo)點(diǎn)與第一組iGPS激光接收傳感器7的空間矢量坐標(biāo)及目標(biāo)工件5的數(shù)字模型，實(shí)時(shí)計(jì)算出機(jī)器人工具端4和目標(biāo)工件5上各目標(biāo)點(diǎn)的空間位姿，據(jù)此實(shí)時(shí)發(fā)送控制信號(hào)到機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具端4從起始點(diǎn)前往目標(biāo)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明之方法，不要求配備一種目標(biāo)工件專用工裝，不需要提交一種目標(biāo)工件專門程序。只要目標(biāo)工件位于iGPS的定位范圍內(nèi)，其數(shù)字模型已知，機(jī)器人即可自適應(yīng)控制，完成目標(biāo)工件的加工、裝配等。從本發(fā)明的過程可以看出，本發(fā)明避免了人為因素的影響，提高了自動(dòng)化程度，縮短了作業(yè)周期，提高了重復(fù)性和采點(diǎn)精度。
[0007]數(shù)據(jù)處理服務(wù)器7本身具有數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)安全檢測(cè)及過濾功能，用來建立由iGPS激光發(fā)射器與iGPS激光接收傳感器組成的自適應(yīng)定位系統(tǒng)的全局坐標(biāo)系，定位機(jī)器人工具端4，實(shí)時(shí)以跟蹤測(cè)量的方式監(jiān)控測(cè)量場(chǎng)內(nèi)的機(jī)器人工具端4與目標(biāo)工件5之間相對(duì)位置關(guān)系及微動(dòng)量，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自適應(yīng)控制。
[0008]本發(fā)明應(yīng)用激光三維掃描測(cè)量方法能夠精確得到被測(cè)量對(duì)象如目標(biāo)點(diǎn)等的空間相對(duì)坐標(biāo)，以此為基礎(chǔ)，完成目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)字化定位，幫助機(jī)器人進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制。
[0009]本發(fā)明是一種融合了 iGPS、iProbe探針、激光三維掃描和自適應(yīng)服務(wù)器等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的自適應(yīng)控制方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明之機(jī)器人自適應(yīng)控制方法控制過程示意圖，該圖同時(shí)作為摘要附圖。圖2是本發(fā)明之機(jī)器人自適應(yīng)控制方法所涉及的硬件部分分布狀態(tài)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]在本發(fā)明之機(jī)器人自適應(yīng)控制方法如圖1、圖2所示，在iGPS的定位范圍內(nèi)，均勻布置2?3個(gè)iGPS激光發(fā)射器6，如2個(gè)，2個(gè)iGPS激光發(fā)射器6位于機(jī)器人兩側(cè)，2個(gè)iGPS激光發(fā)射器6相距7?15m，這樣能夠確保iGPS激光發(fā)射器6的信號(hào)被有效利用，iGPS激光發(fā)射器6的垂直高度達(dá)到機(jī)器人工具端4的伸展高度，這樣能夠保證在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，iGPS激光接收傳感器能夠有效接收iGPS激光發(fā)射器6發(fā)射的光。在iGPS激光發(fā)射器6的激光信號(hào)投放范圍內(nèi)，第一組iGPS激光接收傳感器7布置在目標(biāo)工件5上，第二組iGPS激光接收傳感器8均勻布置在自定位標(biāo)定架9上，機(jī)器人工具端4安放在自定位標(biāo)定架9的幾何中心處。所述自定位標(biāo)定架9采用鋁型材桿件制作，呈矩形。由于鋁型材桿件具有通用性強(qiáng)、裝調(diào)方便、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因此，用在機(jī)器人工具端4能夠?qū)崿F(xiàn)多功能的柔性控制，例如，鉆、焊、切割、雕刻、測(cè)量等。自定位標(biāo)定架9作為連接機(jī)器人工具端4和第二組iGPS激光接收傳感器8的轉(zhuǎn)接件，第二組iGPS激光接收傳感器8由4個(gè)iGPS激光接收傳感器組成，以磁力吸附的方式固定在自定位標(biāo)定架9矩形4個(gè)角上。由數(shù)據(jù)處理服務(wù)器10控制iGPS的定位工作，包括全局信號(hào)總控，iGPS激光發(fā)射器工作指令的發(fā)送，iGPS激光接收傳感器空間位置信號(hào)的接收、運(yùn)算處理、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制信號(hào)的發(fā)送。iGPS激光發(fā)射器
6、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分別以以太網(wǎng)通信方式與數(shù)據(jù)處理服務(wù)器10連接。第一組iGPS激光接收傳感器7、第二組iGPS激光接收傳感器8分別以無線通信的方式與數(shù)據(jù)處理服務(wù)器10連接。采用激光三維掃描測(cè)量方法得到目標(biāo)工件5上的目標(biāo)點(diǎn)及第一組iGPS激光接收傳感器7的空間矢量坐標(biāo)，并儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)處理服務(wù)器10中；第一組iGPS激光接收傳感器7、第二組iGPS激光接收傳感器8實(shí)時(shí)將各自的空間位置信號(hào)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理服務(wù)器10 ;由數(shù)據(jù)處理服務(wù)器10根據(jù)所述空間矢量坐標(biāo)、所述空間位置信號(hào)以及目標(biāo)工件5的數(shù)字模型，確定機(jī)器人工具端4及目標(biāo)工件5上的各目標(biāo)點(diǎn)的空間位姿，據(jù)此發(fā)送控制信號(hào)到機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具端4從起始點(diǎn)前往目標(biāo)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自適應(yīng)控制。
[0012]本發(fā)明通過使用iGPS的空間組網(wǎng)技術(shù)提高了機(jī)器人控制的自動(dòng)化程度、縮短了機(jī)器人作業(yè)周期；通過實(shí)時(shí)捕獲目標(biāo)工件5和機(jī)器人工具端4的空間位姿，提高了機(jī)器人的自動(dòng)控制精度和重復(fù)精度；通過建立機(jī)器人工具端4與目標(biāo)工件5的相關(guān)幾何數(shù)模，減少了操作過程中人為因素的影響。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)器人自適應(yīng)控制方法，在iGPS的定位范圍內(nèi)，均勻布置2?3個(gè)iGPS激光發(fā)射器(6);其特征在于,在iGPS激光發(fā)射器(6)的激光信號(hào)投放范圍內(nèi)，第一組iGPS激光接收傳感器(7)布置在目標(biāo)工件(5)上，第二組iGPS激光接收傳感器(8)均勻布置在自定位標(biāo)定架(9)上，機(jī)器人工具端⑷安放在自定位標(biāo)定架(9)的幾何中心處，由數(shù)據(jù)處理服務(wù)器(10)控制iGPS的定位工作；采用激光三維掃描測(cè)量方法得到目標(biāo)工件(5)上的目標(biāo)點(diǎn)及第一組iGPS激光接收傳感器(7)的空間矢量坐標(biāo)，并儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)處理服務(wù)器(10)中；第一組iGPS激光接收傳感器(7)、第二組iGPS激光接收傳感器(8)實(shí)時(shí)將各自的空間位置信號(hào)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理服務(wù)器(10);由數(shù)據(jù)處理服務(wù)器(10)根據(jù)所述空間矢量坐標(biāo)、所述空間位置信號(hào)以及目標(biāo)工件(5)的數(shù)字模型，確定機(jī)器人工具端(4)及目標(biāo)工件(5)上的各目標(biāo)點(diǎn)的空間位姿，據(jù)此發(fā)送控制信號(hào)到機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人工具端(4)從起始點(diǎn)前往目標(biāo)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自適應(yīng)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述iGPS激光發(fā)射器(6)采用2個(gè)，2個(gè)iGPS激光發(fā)射器(6)位于機(jī)器人兩側(cè)，2個(gè)iGPS激光發(fā)射器(6)相距7?15m，iGPS激光發(fā)射器(6)的垂直高度達(dá)到機(jī)器人工具端⑷的伸展高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人自適應(yīng)控制方法，其特征在于，自定位標(biāo)定架(9)呈矩形，第二組iGPS激光接收傳感器(8)由4個(gè)iGPS激光接收傳感器組成，以磁力吸附的方式固定在自定位標(biāo)定架(9)矩形4個(gè)角上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人自適應(yīng)控制方法，其特征在于，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器(10)控制iGPS的定位工作包括全局信號(hào)總控，iGPS激光發(fā)射器工作指令的發(fā)送，iGPS激光接收傳感器空間位置信號(hào)的接收、運(yùn)算處理、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制信號(hào)的發(fā)送。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人自適應(yīng)控制方法，其特征在于，iGPS激光發(fā)射器(6)、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分別以以太網(wǎng)通信方式與數(shù)據(jù)處理服務(wù)器(10)連接；第一組iGPS激光接收傳感器(7)、第二組iGPS激光接收傳感器(8)分別以無線通信的方式與數(shù)據(jù)處理服務(wù)器(10)連接。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK104181814SQ201410398301
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】李麗娟, 于博, 林雪竹, 任姣姣, 楊昕, 朱運(yùn)東, 王勁松, 趙延輝, 李寧 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)