一种龙门式吊装机器人工作单元中附加轴运动规划方法

摘要

本发明涉及一种龙门式吊装机器人工作单元中附加轴运动规划方法。在添加龙门式外部直线附加轴与工业机器人的6个关节联动的冗余工作单元和固定的工作平台基础上，对沿附加轴上固连机器人底座的滑台运动方向单调变化的一段加工轨迹点，手动选取此加工轨迹点上的两个点作为优先区间的端点。通过点到空间直线的投影原理，获得滑台移动起始点。通过设定滑台步长，获得滑台移动中间点及滑台移动终止点，即得到滑台与优先区间内加工轨迹点对应的各移动位置到附加轴零点的距离。机器人加工优先区间内的轨迹点时滑台的移动优先于机器人各关节的运动。所述方法可减少机器人关节变化幅度，使得机器人运动连续平稳，适用于机器人加工连续而密集的轨迹点。

主权项

一种龙门式吊装机器人工作单元中附加轴运动规划方法，该附加轴包括直线导轨(1)和滑台(2)，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1：在工作台(4)上建立用户坐标系{O_U X_U Y_U Z_U}；在直线导轨(1)的零点M处建立导轨零点坐标系{O_H X_H Y_H Z_H}，其中OX轴线方向，即直线导轨(1)轴线方向为滑台(2)运动方向；在滑台(2)下表面中心处建立滑台坐标系{O_A X_A Y_A Z_A}；步骤2：在沿滑台(2)运动方向单调变化的一段加工轨迹点(5)中手动选取两个轨迹点a、b作为区间的端点；步骤3：根据点到空间直线的投影原理，将区间[a,b]的左端点a投影到直线导轨(1)轴线上，获得滑台(2)移动起始点A；根据直线导轨(1)的零点M(x₁,y₁,z₁)和直线导轨(1)的终止点N(x₂,y₂,z₂)，直线导轨(1)轴线直线参数方程为：x＝x₁+mty＝y₁+ntz＝z₁+lt其中，m＝x₂‑x₁，n＝y₂‑y₁，l＝z₂‑z₁，t为参数；则滑台(2)移动起始点在直线导轨(1)轴线上表示为A(x₁+mt,y₁+nt,z₁+lt)，设区间[a,b]的左端点为a(x₃,y₃,z₃)，参数t为：$t=\frac{m(x_3-x_1)+n(y_3-y_1)+l(z_3-z_1)}{m^2+n^2+l^2};$步骤4：判断滑台(2)移动起始点A(x₁+mt,y₁+nt,z₁+lt)是否在以直线导轨(1)零点M和终止点N为端点的直线段MN上；若点A不在线段MN上，则回到步骤2，重新选取区间[a,b]的左端点a；若点A在线段MN上，根据两点间距离公式，计算得滑台(2)移动起始点A到直线导轨(1)零点M的距离D₁：$D_1=\sqrt{{(x_1+mt-x_1)}^2+{(y_1+nt-y_1)}^2+{(z_1+lt-z_1)}^2}$步骤5：通过区间[a,b]获得该区间内轨迹点的个数n，从滑台(2)移动起始点A处沿滑台(2)移动方向叠加n‑1个滑台(2)移动的步长△d，获得n‑2个滑台(2)移动中间点到直线导轨(1)零点M的距离D₂，D₃，……D_n‑1，以及滑台(2)移动终止点B到直线导轨(1)零点M的距离D_n；机器人加工区间[a,b]内轨迹点使滑台坐标系{O_A X_A Y_A Z_A}原点依次与滑台(2)移动起始点A、n‑2个滑台(2)移动中间点、滑台(2)移动终止点B重合，即得到滑台(2)与区间[a,b]内加工轨迹点对应的各移动位置到直线导轨(1)零点M的距离D；步骤6：根据直线导轨(1)行程L，判断滑台(2)移动终止点B到直线导轨(1)零点M的距离D_n是否超出直线导轨(1)行程L，若D_n>L，则回到步骤5，减小步长△d，直至D_n<L或D_n＝L；若D_n<L或D_n＝L，即建立滑台(2)与区间[a,b]内加工轨迹点对应的各移动位置关系；步骤7：对区间[a,b]以外的加工轨迹点，加工离端点a近的轨迹点时，滑台(2)在移动起始点A处；加工离端点b近的轨迹点时，滑台(2)在移动终止点B处，至此，得到滑台(2)与所有加工轨迹点对应的各移动位置到直线导轨(1)零点M的距离D值，即完成建立龙门式吊装机器人工作单元中附加轴运动规划模型。