机器人运动规划阶段的奇异区域检测方法技术

本申请公开了一种机器人运动规划阶段的奇异区域检测方法，该检测方法包括：获取待检测轨迹；按照预设第一采样步长对待检测轨迹进行采样，得到多个第一采样点；分别获取多个第一采样点一一对应的机器人的多个末端位姿，分别根据末端位姿计算机器人的预设关节轴的轴位置的两个值；判断多个第一采样点中是否存在至少一个第一采样点对应的特征值小于差值阈值，其中，特征值为预设关节轴的轴位置的两个值的差值的绝对值；若存在，则判定待检测轨迹经过预设关节轴对应的奇异区域；若不存在，则判定待检测轨迹不经过预设关节轴对应的奇异区域。本申请所提供的检测方法能够判断机器人的运动轨迹是否经过奇异区域。

【技术实现步骤摘要】
机器人运动规划阶段的奇异区域检测方法
本申请涉及机器人
，特别是涉及一种机器人运动规划阶段的奇异区域检测方法。
技术介绍
机器人的使用在现代非常广泛，机器人在企业的生产中更是必不可少的关键设备，因此对机器人的各项功能要求也越来越高，其中，机器人运动过程中的控制处理一直是机器人领域研究的热点。奇异区域是多关节串联机器人无法避免的某些特定区域，通过控制处理给定一条轨迹路线，通常可以规避该奇异区域，因此对于奇异区域的确定至关重要。本申请人在长期的实践工作中，经大量研究发现，在机器人运动的过程中，当奇异区域不确定时，针对机器人的任意一运动轨迹，导致难以预测是否通过奇异区域，进而使得为控制机器人做关于奇异区域的规划较难。
技术实现思路
本申请主要解决的技术问题是提供一种机器人运动规划阶段的奇异区域检测方法，能够判断机器人的运动轨迹是否经过奇异区域。为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种机器人运动规划阶段的奇异区域检测方法，所述方法包括：获取待检测轨迹；按照预设第一采样步长对所述待检测轨迹进行采样，得到多个第一采样点；分别获取所述多个第一采样点一一对应的所述机器人的多个末端位姿，分别根据所述末端位姿计算所述机器人的预设关节轴的轴位置的两个值；判断所述多个第一采样点中是否存在至少一个所述第一采样点对应的特征值小于差值阈值，其中，所述特征值为所述预设关节轴的轴位置的两个值的差值的绝对值；若存在，则判定所述待检测轨迹经过所述预设关节轴对应的奇异区域；若不存在，则判定所述待检测轨迹不经过所述预设关节轴对应的所述奇异区域。为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种机器人，包括处理器以及存储器，所述处理器耦接所述存储器，所述存储器中存储有程序数据，所述处理器通过执行所述存储器内的所述程序数据以实现上述方法中的步骤。为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序能够被处理器执行以实现上述方法中的步骤。本申请的有益效果是：本申请的检测方法包括：获取待检测轨迹；按照预设第一采样步长对待检测轨迹进行采样，得到多个第一采样点；分别获取多个第一采样点一一对应的机器人的多个末端位姿，分别根据末端位姿计算机器人的预设关节轴的轴位置的两个值；判断多个第一采样点中是否存在至少一个第一采样点对应的特征值小于差值阈值，其中，特征值为预设关节轴的轴位置的两个值的差值的绝对值；若存在，则判定待检测轨迹经过预设关节轴对应的奇异区域；若不存在，则判定待检测轨迹不经过预设关节轴对应的奇异区域。本申请的方法能够快速、准确地判断机器人的运动轨迹是否经过奇异区域。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：图1是本申请机器人运动规划阶段的奇异区域检测方法一实施方式的流程示意图；图2中一应用场景中步骤S110之前的流程示意图；图3是本申请机器人一实施方式的结构示意图；图4是本申请计算机可读存储介质一实施方式的结构示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在介绍本申请的方案之前，首先基于六轴机器人对奇异点、奇异区域的基础知识进行介绍：其中，六轴机器人包括基座以及依次连接的第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴、第四关节轴、第五关节轴以及第六关节轴，其中第一关节轴与基座连接，其中为了便于介绍，将第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴、第四关节轴、第五关节轴、第六关节轴分别定义为1轴、2轴、3轴、4轴、5轴、6轴，或者分别定义为轴1、轴2、轴3、轴4、轴5、轴6，也就是说，第一关节轴、1轴以及轴1均为同一个关节轴。首先需要了解的是，当一个机器人的结构确定时，其奇异点的数量、位置、奇异点所对应的关节轴是确定的，且奇异点与关节轴一一对应，例如，当一个六轴机器人的DH参数如下表1时，就确定了其具有三个奇异点，且这三个奇异点分别对应1轴、2轴以及5轴，具体可参见下文。表1六轴机器人的DH参数表其中，ai表示沿xi方向，从zi到zi+1平移的距离，αi表示绕xi方向，从zi到zi+1转动的角度，di表示沿zi方向，从xi-1到xi平移的距离，θi表示绕zi方向，从xi-1到xi转过的角度。其中，i可取1、2、3、4、5或者6。其中，xi、yi、zi分别表示基于关节轴i建立的轴i坐标系x、y、z方向，其中关于轴i坐标系的建立过程属于现有技术，在此不做详述。其中，a1、a2、a3、d1、d3、d4、d5可根据具体情况设置。在正解过程中，轴i坐标系相对于轴i-1坐标系的变换矩阵为：上式中，τ＝cos(α)，σ＝sin(α)，i-1Ti表示轴i坐标系相对于轴i-1坐标系的变换矩阵，Rot(x,αi-1)表示旋转变换矩阵，Trans(x,ai-1)表示平移变换矩阵，分别表示绕参考坐标系(此处是i-1轴坐标系)的x轴旋转相应角度和平移相应距离。上式中，nx/ny/nz、ox/oy/oz、ax/ay/az、px/py/pz等参数表示旋转矩阵T(一个4*4矩阵)对应位置元素，例如nx表示T矩阵第一行第一列的元素值。而机器人的逆解的过程就是已知机器人的末端位姿(机器人末端法兰的位姿)求取各个关节轴的轴位置，也即各个关节轴的关节角度，基于上述表1的机器人，其逆解流程如下：[1]由于4、5、6轴交于5轴轴心，所以4、5、6轴旋转不影响5轴轴心位置，即用5轴轴心向量消掉4、5、6轴的齐次矩阵，也即T矩阵，得到0T6·V1＝0T11T22T3·V2。V1、V2为5轴轴心在法兰坐标系、3轴坐标系下的坐标，V1和V2是两个三维列向量；[2]根据方程组0T1-1·0T6·V1＝1T22T3·V2求解轴1；[3]根据轴1的角度，及方程组1T2-1·0T1-1·0T6·V1＝2T3·V2，求解轴2；[4]根据轴1、2的角度，及方程组1T2-1·0T1-1·0T6·V1＝2T3·V2，求解轴3。[5]根据轴1、2、3的角度，及方程组(0T11T22T3)-1·0T6＝3T44T55T6，求解轴5。[6]根据轴1、2、3、5的角度，及方程(0T11T22T3)-1·0T6＝3T44T55T6，求解轴4和6。然后，基于上述逆解流程，具体的逆解算法如下：1)求解轴1已知5轴轴心在法兰坐标系、3轴坐标系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人运动规划阶段的奇异区域检测方法，其特征在于，所述方法包括：/n获取待检测轨迹；/n按照预设第一采样步长对所述待检测轨迹进行采样，得到多个第一采样点；/n分别获取所述多个第一采样点一一对应的所述机器人的多个末端位姿，分别根据所述末端位姿计算所述机器人的预设关节轴的轴位置的两个值；/n判断所述多个第一采样点中是否存在至少一个所述第一采样点对应的特征值小于差值阈值，其中，所述特征值为所述预设关节轴的轴位置的两个值的差值的绝对值；/n若存在，则判定所述待检测轨迹经过所述预设关节轴对应的奇异区域；/n若不存在，则判定所述待检测轨迹不经过所述预设关节轴对应的所述奇异区域。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人运动规划阶段的奇异区域检测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待检测轨迹；
按照预设第一采样步长对所述待检测轨迹进行采样，得到多个第一采样点；
分别获取所述多个第一采样点一一对应的所述机器人的多个末端位姿，分别根据所述末端位姿计算所述机器人的预设关节轴的轴位置的两个值；
判断所述多个第一采样点中是否存在至少一个所述第一采样点对应的特征值小于差值阈值，其中，所述特征值为所述预设关节轴的轴位置的两个值的差值的绝对值；
若存在，则判定所述待检测轨迹经过所述预设关节轴对应的奇异区域；
若不存在，则判定所述待检测轨迹不经过所述预设关节轴对应的所述奇异区域。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照如下公式计算所述第一采样点对应的特征值：
M＝|β1-β2+2Kπ|，
其中，M为所述第一采样点对应的特征值，β1、β2为所述预设关节轴的轴位置的两个值。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述获取待检测轨迹之前，还包括：
获取经过所述预设关节轴对应的奇异点的已知轨迹；
按照第二采样步长对所述已知轨迹进行采样，得到多个第二采样点；
分别获取所述多个第二采样点一一对应的所述机器人的多个末端位姿，分别根据所述末端位姿分别计算所述机器人的预设关节轴的轴位置的两个值；
判断所述多个第二采样点中是否存在至少一个所述第二采样点对应的特征值小于所述差值阈值，其中，所述特征值为所述预设关节轴的轴位置的两个值的差值的绝对值；
若存在，则将所述第二采样步长确定为所述第一采样步长；
若不存在，则减小所述第二采样步长，并返回执行所述按照第二采样步长对所述已知轨迹进行采样的步骤，直至所述多个第二采样点中存在至少一个所述第二采样点对应的特征值小于所述差值阈值。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机器人具有至少两个奇异点；
在所述获取待检测轨迹之前，包括：
分别求取所述至少两个奇异点各自对应的第二采样步长，其中，当使用所述第二采样步长对经过对应的所述奇异点的已知轨迹进行采样时，采样得到的多个第二采样点中存在至少一个第二采样点使得当根据所述第二采样点对应的末端位姿计算所述奇异点对应的关节轴的轴位置的两个值时，所述两个值的差值的绝对值小于所述差值阈值；
根据所述至少两个奇异点各自对应的所述第二采样步长确定所述第一采样步长。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李康宁，
申请(专利权)人：北京配天技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11