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于工業(yè)機器人控制【技術領域】?，F(xiàn)有控制方法自動化程度低、實現(xiàn)周期長、效率低、自動控制精度較低、重復性較差、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工件和自定位標定架上；采用激光三維掃描測量方法得到目標工件上的目標點及第一組iGPS激光接收傳感器的空間矢量坐標，并儲存在數(shù)據(jù)處理服務器中；兩組iGPS激光接收傳感器實時將各自的空間位置信號發(fā)送給數(shù)據(jù)處理服務器；由數(shù)據(jù)處理服務器根據(jù)所述空間矢量坐標、所述空間位置信號以及目標工件的數(shù)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(jù)此發(fā)送控制信號到機器人驅動系統(tǒng)，驅動機器人工具端從起始點前往目標點，實現(xiàn)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(fā)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(shù)模計算得到兩者位置關系，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(xù)軌跡，實現(xiàn)機器人的自適應控制，屬于工業(yè)機器人控制【技術領域】。

【背景技術】
[0002]工業(yè)機器人是具有多關節(jié)機械手，依靠自身動力和控制能力實現(xiàn)多自由度操作、自動執(zhí)行工作任務的機械裝置。所述機械裝置由主體、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。主體包括機座I和執(zhí)行機構，如圖1所示，執(zhí)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(xiàn)在機器人工具端4。驅動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機構，由其驅動執(zhí)行機構產(chǎn)生相應的動作?？刂葡到y(tǒng)按照輸入的計算機程序向驅動系統(tǒng)發(fā)出指令信號，由驅動系統(tǒng)按照指令信號控制執(zhí)行機構。工業(yè)機器人以點位型或者連續(xù)軌跡型完成上下料、點焊、搬運、裝卸或者連續(xù)焊接、涂裝等作業(yè)。在作業(yè)過程中，機器人工具端4與目標工件5的空間位姿關系按以下方案確定。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到達目標工位后，再手動采點，包括作業(yè)起始點和目標點，并存儲、設置相應插補方式，從而實現(xiàn)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(xiàn)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，并需設置相應參數(shù)才能實現(xiàn)機器人的自動控制，所以該控制方法自動化程度低、實現(xiàn)周期長、效率低；(2)因人工采集目標點時存在位置偏差，使得機器人自動控制精度較低、重復性較差；(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?？偠灾?，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(yè)周期較長、重復性較差，采點精度受到影響。


【發(fā)明內容】

[0003]為了使機器人在作業(yè)過程中，避免人為因素影響，提高自動化程度，縮短作業(yè)周期，提高重復性和采點精度，我們發(fā)明了一種機器人自適應控制方法。
[0004]在本發(fā)明之機器人自適應控制方法如圖1、圖2所示，在iGPS的定位范圍內，均勻布置2?3個iGPS激光發(fā)射器6 ;在iGPS激光發(fā)射器6的激光信號投放范圍內，第一組iGPS激光接收傳感器7布置在目標工件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(shù)據(jù)處理服務器10控制iGPS的定位工作；采用激光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激光接收傳感器7的空間矢量坐標，并儲存在數(shù)據(jù)處理服務器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實時將各自的空間位置信號發(fā)送給數(shù)據(jù)處理服務器10 ;由數(shù)據(jù)處理服務器10根據(jù)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(shù)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(jù)此發(fā)送控制信號到機器人驅動系統(tǒng)，驅動機器人工具端4從起始點前往目標點，實現(xiàn)機器人的自適應控制。
[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自適應定位系統(tǒng)。由該自適應定位系統(tǒng)精確定位測量場全局坐標系。iGPS能夠在其定位范圍內同時獲取任意數(shù)量的iGPS激光接收傳感器的空間位置信息。
[0006]由于機器人工具端4與自定位標定架9具有確定的位置關系,且自定位標定架9上均勻布置有若干iGPS激光接收傳感器。同時，處在iGPS的定位范圍內的目標工件5上也布置有若干iGPS激光接收傳感器，且目標點及這些iGPS激光接收傳感器的空間矢量坐標已知。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實時將各自的空間位置信號發(fā)送給數(shù)據(jù)處理服務器10的過程中，數(shù)據(jù)處理服務器10根據(jù)所述空間位置信號、機器人工具端4與第二組iGPS激光接收傳感器8的位置關系、目標工件5上的目標點與第一組iGPS激光接收傳感器7的空間矢量坐標及目標工件5的數(shù)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(jù)此實時發(fā)送控制信號到機器人驅動系統(tǒng)，驅動機器人工具端4從起始點前往目標點。根據(jù)本發(fā)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。只要目標工件位于iGPS的定位范圍內，其數(shù)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(fā)明的過程可以看出，本發(fā)明避免了人為因素的影響，提高了自動化程度，縮短了作業(yè)周期，提高了重復性和采點精度。
[0007]數(shù)據(jù)處理服務器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定位系統(tǒng)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(jiān)控測量場內的機器人工具端4與目標工件5之間相對位置關系及微動量，實現(xiàn)機器人自適應控制。
[0008]本發(fā)明應用激光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(shù)字化定位，幫助機器人進一步實現(xiàn)自適應控制。
[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服務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(fā)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(fā)明之機器人自適應控制方法所涉及的硬件部分分布狀態(tài)示意圖。

【具體實施方式】
[0011]在本發(fā)明之機器人自適應控制方法如圖1、圖2所示，在iGPS的定位范圍內，均勻布置2?3個iGPS激光發(fā)射器6，如2個，2個iGPS激光發(fā)射器6位于機器人兩側，2個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的信號被有效利用，iGPS激光發(fā)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范圍內，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的激光信號投放范圍內，第一組iGPS激光接收傳感器7布置在目標工件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、裝調方便、重量輕等優(yōu)點，因此，用在機器人工具端4能夠實現(xiàn)多功能的柔性控制，例如，鉆、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激光接收傳感器8的轉接件，第二組iGPS激光接收傳感器8由4個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定架9矩形4個角上。由數(shù)據(jù)處理服務器10控制iGPS的定位工作，包括全局信號總控，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的接收、運算處理、機器人驅動系統(tǒng)控制信號的發(fā)送。iGPS激光發(fā)射器
6、機器人驅動系統(tǒng)分別以以太網(wǎng)通信方式與數(shù)據(jù)處理服務器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)處理服務器10連接。采用激光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激光接收傳感器7的空間矢量坐標，并儲存在數(shù)據(jù)處理服務器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實時將各自的空間位置信號發(fā)送給數(shù)據(jù)處理服務器10 ;由數(shù)據(jù)處理服務器10根據(jù)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(shù)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(jù)此發(fā)送控制信號到機器人驅動系統(tǒng)，驅動機器人工具端4從起始點前往目標點，實現(xiàn)機器人的自適應控制。
[0012]本發(fā)明通過使用iGPS的空間組網(wǎng)技術提高了機器人控制的自動化程度、縮短了機器人作業(yè)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復精度；通過建立機器人工具端4與目標工件5的相關幾何數(shù)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的定位范圍內，均勻布置2?3個iGPS激光發(fā)射器(6);其特征在于,在iGPS激光發(fā)射器(6)的激光信號投放范圍內，第一組iGPS激光接收傳感器(7)布置在目標工件(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(shù)據(jù)處理服務器(10)控制iGPS的定位工作；采用激光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激光接收傳感器(7)的空間矢量坐標，并儲存在數(shù)據(jù)處理服務器(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)實時將各自的空間位置信號發(fā)送給數(shù)據(jù)處理服務器(10);由數(shù)據(jù)處理服務器(10)根據(jù)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(shù)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(jù)此發(fā)送控制信號到機器人驅動系統(tǒng)，驅動機器人工具端(4)從起始點前往目標點，實現(xiàn)機器人的自適應控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的機器人自適應控制方法，其特征在于，所述iGPS激光發(fā)射器(6)采用2個，2個iGPS激光發(fā)射器(6)位于機器人兩側，2個iGPS激光發(fā)射器(6)相距7?15m，iGPS激光發(fā)射器(6)的垂直高度達到機器人工具端⑷的伸展高度。
3.根據(jù)權利要求1所述的機器人自適應控制方法，其特征在于，自定位標定架(9)呈矩形，第二組iGPS激光接收傳感器(8)由4個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定架(9)矩形4個角上。
4.根據(jù)權利要求1所述的機器人自適應控制方法，其特征在于，數(shù)據(jù)處理服務器(10)控制iGPS的定位工作包括全局信號總控，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的接收、運算處理、機器人驅動系統(tǒng)控制信號的發(fā)送。
5.根據(jù)權利要求1所述的機器人自適應控制方法，其特征在于，iGPS激光發(fā)射器(6)、機器人驅動系統(tǒng)分別以以太網(wǎng)通信方式與數(shù)據(jù)處理服務器(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(yōu)先權日:2014年8月13日
【發(fā)明者】李麗娟, 于博, 林雪竹, 任姣姣, 楊昕, 朱運東, 王勁松, 趙延輝, 李寧 申請人:長春理工大學