确定机器人轨迹的操作控制方法及其控制系统技术方案

确定机器人轨迹的操作控制方法及其系统，所述的方法包括：通过手动操作控制手柄，同时控制多轴机器人的各轴动作，并在多轴机器人的运行轨迹中设置过渡点和目标点，其中，过渡点为多轴机器人在运行轨迹中需要经过的位置；目标点为多轴机器人执行任务的位置；采集手动操作控制手柄控制多轴机器人各轴动作的控制信息，包括运行脉冲、方向、目标点位置和过渡点位置信息；根据所述的控制信息获取过渡点和目标点的坐标信息；根据过渡点和目标点的坐标信息，计算多轴机器人的最优运行轨迹，使多轴机器人按照优化好的轨迹运行。本发明专利技术还包括确定机器人轨迹的操作控制系统。本发明专利技术计算简单，无编程，平稳性高，滞后性小。

Operational Control Method and Control System for Determining Robot Trajectory

【技术实现步骤摘要】
确定机器人轨迹的操作控制方法及其控制系统
本专利技术涉及多轴机器人控制领域，特别是确定机器人轨迹的操作控制方法及其系统。
技术介绍
多轴机器人是工业自动化领域的典型制造设备，多轴机器人通常为四至六轴机器人，能够执行搬运、码垛、焊接、喷涂、装配等工作任务。多轴机器人通常包括“手臂”和“腕”关节，在手臂和腕关节处设置多个可转动的轴，且各轴处通过电机控制其转动，从而形成多轴机器人。现有的多轴机器人的输入运行轨迹操作方式，主要存在以下缺陷：（1）通常通过编写运行程序来设定需要的运行轨迹，这种方式对操作人员的专业技能要求较高，效率不高，普及较困难。（2）可通过人手直接掰动机器手臂（通常是在协作型机器人上），来使多轴机器人到达目标位置执行任务，确定运行轨迹；但由于多轴机器人自身重量大，需要比较大的力量才能掰动，导致要掰到准确的位置较困难，工作效率低。（3）现有的经各种分解计算出机器人的运行轨迹的技术；如CN107214702A公开了一种利用虚拟现实手柄确定机器人轨迹的规划方法及系统，是获取各离散点连成折线，并通过插补的方式获得机器人的运行轨迹，这种方式会使计算复杂，且需要考虑操作过程中的整个平稳性和平滑性；该机器人轨迹规划方法是将检测到的控制信息经过控制器预处理后再发送给伺服驱动器，即虚拟现实手柄产生的信号需要通过预处理后再来控制机器人的伺服驱动器，这种处理方式一方面需要考虑操作过程中的整个平稳性和平滑性，另一方面会使系统有较大的滞后性。（4）通过摄像头扫描人体姿态变化来控制机器人的技术，该技术技术难度大，成本高，精度低，有较大的滞后性。（5）利用绑在手臂上的姿态传感器来控制机器人，该技术难度大，精度低，可靠性差，还有较大的滞后性。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的上述不足而提供计算简单，省时省力，无需编程，无滞后性的确定机器人轨迹的操作控制方法及其系统。本专利技术的技术方案是：本专利技术之确定机器人轨迹的操作控制方法，包括：通过手动操作控制手柄，同时控制多轴机器人的各轴动作，并在多轴机器人的运行轨迹中设置过渡点和目标点，其中，过渡点为多轴机器人在运行轨迹中需要经过的位置；目标点为多轴机器人执行任务的位置；采集手动操作控制手柄控制多轴机器人各轴动作的控制信息，包括运行脉冲、方向、目标点位置和过渡点位置信息；根据所述的控制信息获取过渡点和目标点的坐标信息；根据过渡点和目标点的坐标信息，计算多轴机器人的最优运行轨迹，使多轴机器人按照优化好的轨迹运行。进一步，所述过渡点和目标点的坐标信息获取方法为：分别将各轴的脉冲和方向信息以目标点和过渡点的位置为节点进行分段；计算各轴每段的有效脉冲数和总的方向；以多轴机器人的原点为起点坐标，计算多轴机器人移动到过渡点或目标点后相对于原点或前一个过渡点/目标点的坐标和角度增量。进一步，所述采集手动操作控制手柄控制多轴机器人各轴动作的控制信息的步骤包括：手动操作控制手柄将控制信息同时发送给控制器和伺服驱动器，控制器对控制信息进行存储，伺服驱动器根据控制信息去控制多轴机器人的各轴处的电机动作。其中，手动操作控制手柄可直接发送控制信息给伺服驱动器，也可通过控制器桥接发送给伺服驱动器。进一步，还包括状态切换的操作步骤：在手动操作控制手柄录入运行轨迹的状态下，手动操作控制手柄的输入端口打开，控制器对应的该手动操作控制手柄的接口处于接收状态、对应的伺服驱动器接口处于接通状态，多轴手动同步操作器同时、同步发送控制信息给控制器和多个伺服驱动器；或者当手动操作控制手柄有至少两个时，则该手动操作控制手柄的输入端口打开，其他手动操作控制手柄的输入端口关闭；在参数设置、计算状态，只有人机界面通讯输入的端口打开，其余的端口全部关闭；在多轴机器人按照设定轨迹运行的状态下，手动操作控制手柄的端口关闭，控制器对应的端口处于输出状态，控制器发送运行轨迹数据给伺服驱动器，结合编码器反馈，形成闭环控制，来控制多轴机器人按照设定的轨迹运行。进一步，通过手动操作控制手柄获取的是准确的目标点位置和模糊的运行轨迹，再根据过渡点和目标点的坐标信息，对多轴机器人的运行轨迹进行优化，以获得平稳、平滑的运行轨迹。进一步，在多轴机器人运行时，还包括以下至少一种操作步骤：（1）人机安全协作方式：当检测到多轴机器人触碰到障碍物时，则控制多轴机器人停止动作；当障碍物消除后，则继续工作；（2）多轴机器人限位方式：当检测到多轴机器人动作至极限位置时，则控制机器人停止动作；（3）远程操作方式：通过接入摄像头和网络，摄像头实时监控机器人的姿态，并将采集到的视频信号，通过网络同步传送到操作远端，同时在操作远端将手动操作控制手柄的信号，通过网络传输到控制器，实现远程可视化操作。本专利技术之确定机器人轨迹的操作控制系统，包括：手动操作控制手柄，用于捕获人手在操作器手柄上的控制信息，包括运行脉冲、方向、目标点位置和过渡点位置信息，并将控制信息发送给控制器和伺服驱动器；控制器，用于存储手动操作控制手柄发送的控制信息，并对存储的控制信息进行计算，获得过渡点和目标点的坐标信息、优化运行轨迹，以及将优化好的轨迹数据发送给伺服驱动器，控制多轴机器人按照优化过的轨迹运行；伺服驱动器，用于将接收到的手动操作控制手柄发送的控制信息，来控制多轴机器人的各轴电机进行动作或停止动作；以及用于将接收到的控制器发送的运行轨迹数据，来控制多轴机器人按照设定的轨迹运行。进一步，所述手动操作控制手柄包括设于手柄本体的各关节处、且用于捕获人手在操作手柄时各关节的变化量的检测传感器、设于操作手柄上的过渡点按键和目标点按键、以及用于将传感器检测到的变化量转化成运行脉冲与方向信息、并将所述控制信息同步输出的控制芯片。进一步，所述手动操作控制手柄为多轴同步操作器，包括与多轴机器人相对应的轴体，使得手动操作控制手柄的力学结构等同于多轴机器人，各轴体位置处均设有角度传感器；或者所述手动操作控制手柄为电子手轮，电子手轮内设有力传感器，电子手轮上设有两个按键，通过手动按压其中一个按键，力传感器检测到力的方向来对应多轴机器人的旋转方向，力传感器检测到的力度转换为脉冲信号；电子手轮上还设有用于选择需要操作哪一轴的通道选择波段开关。进一步，所述控制系统还包括以下至少一种：人机界面，用于进行参数设置；摄像头，用于远程监控多轴机器人的运行状态；操作远端，用于接收摄像头的视频信号，同时将手动操作控制手柄的信号，通过网络传输到控制器；安全传感器，设于多轴机器人上，用于检测多轴机器人是否碰触到障碍物；限位传感器，用于检测多轴机器人是否动作至极限位置。进一步，所述手动操作控制手柄上还设有速度控制器，用于调节速度的倍率，将速度倍率信息发送给控制芯片，将在各轴上操作的速度所换算成的频率，乘以倍率发送给控制器和伺服驱动器（控制芯片直接发送给伺服驱动器或者通过控制器桥接发送给伺服驱动器）；乘以倍率后的频率对应的速度即为多轴机器人运动的速度。本专利技术的有益效果：（1）通常设置手动操作控制手柄来确定机器人的的准确目标点位置和模糊运行轨迹，操作人员只需用手操作控制手柄即可，省时省力；（2）在多轴机器人的运行轨迹中设置过渡点和目标点，并采集手动操作控制手柄的运行脉冲、方向、目标点位置和过渡点位置信息；根据该控制信息获取过渡点和目标点的坐标信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.确定机器人轨迹的操作控制方法，其特征在于，包括：通过手动操作控制手柄，同时控制多轴机器人的各轴动作，并在多轴机器人的运行轨迹中设置过渡点和目标点，其中，过渡点为多轴机器人在运行轨迹中需要经过的位置；目标点为多轴机器人执行任务的位置；采集手动操作控制手柄控制多轴机器人各轴动作的控制信息，包括运行脉冲、方向、目标点位置和过渡点位置信息；根据所述的控制信息获取过渡点和目标点的坐标信息；根据过渡点和目标点的坐标信息，计算多轴机器人的最优运行轨迹，使多轴机器人按照优化好的轨迹运行。

【技术特征摘要】
1.确定机器人轨迹的操作控制方法，其特征在于，包括：通过手动操作控制手柄，同时控制多轴机器人的各轴动作，并在多轴机器人的运行轨迹中设置过渡点和目标点，其中，过渡点为多轴机器人在运行轨迹中需要经过的位置；目标点为多轴机器人执行任务的位置；采集手动操作控制手柄控制多轴机器人各轴动作的控制信息，包括运行脉冲、方向、目标点位置和过渡点位置信息；根据所述的控制信息获取过渡点和目标点的坐标信息；根据过渡点和目标点的坐标信息，计算多轴机器人的最优运行轨迹，使多轴机器人按照优化好的轨迹运行。2.根据权利要求1所述确定机器人轨迹的操作控制方法，其特征在于，所述过渡点和目标点的坐标信息获取方法为：分别将各轴的脉冲和方向信息以目标点和过渡点的位置为节点进行分段；计算各轴每段的有效脉冲数和总的方向；以多轴机器人的原点为起点坐标，计算多轴机器人移动到过渡点或目标点后相对于原点或前一个过渡点/目标点的坐标和角度增量。3.根据权利要求1所述确定机器人轨迹的操作控制方法，其特征在于，所述采集手动操作控制手柄控制多轴机器人各轴动作的控制信息的步骤包括：手动操作控制手柄将控制信息同时发送给控制器和伺服驱动器，控制器对控制信息进行存储，伺服驱动器根据控制信息去控制多轴机器人的各轴处的电机动作。4.根据权利要求1或2或3所述确定机器人轨迹的操作控制方法，其特征在于，还包括状态切换的操作步骤：在手动操作控制手柄录入运行轨迹的状态下，手动操作控制手柄的输入端口打开，控制器对应的该手动操作控制手柄的接口处于接收状态、对应的伺服驱动器接口处于接通状态，多轴手动同步操作器同时、同步发送控制信息给控制器和多个伺服驱动器；或者当手动操作控制手柄有至少两个时，则该手动操作控制手柄的输入端口打开，其他手动操作控制手柄的输入端口关闭；在参数设置、计算状态，只有人机界面通讯输入的端口打开，其余的端口全部关闭；在多轴机器人按照设定轨迹运行的状态下，手动操作控制手柄的端口关闭，控制器对应的端口处于输出状态，控制器发送运行轨迹数据给伺服驱动器，结合编码器反馈，形成闭环控制，来控制多轴机器人按照设定的轨迹运行。5.根据权利要求1或2或3所述确定机器人轨迹的操作控制方法，其特征在于，在多轴机器人运行时，还包括以下至少一种操作步骤：（1）人机安全协作方式：当检测到多轴机器人触碰到障碍物时，则控制多轴机器人停止动作；当障碍物消除后，则继续工作；（2）多轴机器人限位方式：当检测到多轴机器人动作至极限位置时，则控制机器人停止动作；远程操作方式：控制器通过接入摄像头和网络，摄像头实时监控机器人的姿态，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴晓洪，
申请(专利权)人：长沙开山斧智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43