一种基于VR装置的工业机器人运动轨迹控制方法与流程

本发明属于工业机器人，具体涉及一种基于vr装置的工业机器人运动轨迹控制方法。

背景技术：

1、随着科学技术的发展，工业机器人作为机器人领域的一大分支，开始越来越多出现在工厂的生产线上，辅助完成分拣、码垛、搬运、焊接等任务，代替人类完成高强度高精度的重复性工作，以保持生产工作的一致性。在工业机器人完成规定动作前，工人们需要对工业机器人的运动轨迹进行编程规划，现有的规划方法主要分为离线示教和在线示教。前者主要指基于建立精确的工业机器人模型，采用一定的坐标算法将工业机器人末端位置转换到基准坐标系下，然后根据工件的cad模型离散出工业机器人末端工具的连续运动轨迹点。该方法可以对机器人运动轨迹进行精确的规划，但是由于工作环境的复杂性，会对机器人的实际运动产生一定干扰，从而降低工作的可靠性。在线示教则指的是工人操作工业机器人的示教器将安装在其末端的吸盘、夹抓等工具运动到目标工件的位置，并记录下此时末端位置的坐标，根据需要完成的多个位置坐标示教从而规划出最佳的运动轨迹，完成特定的操作任务。该方法可以只考虑工业机器人末端实际坐标位置，快速完成的运动轨迹规划，适用于对机器的人精度要求不高的工作。同时，由于该方法主要依靠操作者的经验，通过目测方式决定机器人的运动位置，因而导致轨迹精度较低不适用于焊接等要求较高的任务。除此之外，该方法对操作人员的体力消耗比较大容易产生疲劳感，且在一些危险环境下会对操作者的人身安全造成影响。

2、现有的vr装置控制方法融入工业机器人控制系统的方法中，实现了在vr装置中对工业机器人进行示教的功能。但是，目前vr装置在工业机器人实际控制中依然存在一些技术缺陷。首先，vr装置中的对工业机器人的建模方法较为简单，没有考虑实际的应用环境，并不适用于多域环境条件下，从而导致模型精度较差。其次，vr装置中缺少对于工业机器人运动轨迹的优选和评价功能，不能对机器人的运动轨迹进行优化。最后，现有基于vr装置的控制方法缺少先于工业机器人控制器决策权的功能，即优先在vr装置中显示优化后的轨迹，进而对实际的工业机器人运动进行实时修正。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于vr装置的工业机器人运动轨迹控制方法。本发明方案能够解决上述现有技术中存在的问题。

2、本发明的技术解决方案：

3、根据第一方面，提供一种基于vr装置的工业机器人运动轨迹控制方法，包括以下步骤：

4、采集环境参数和工业机器人三维结构模型并将其图像信息参数化；

5、将获得的参数信息建立vr装置中的虚拟模型；

6、建立虚拟模型和实际模型的通信；

7、通过拖动方式改变虚拟模型中工业机器人末端的位置，带动实际中工业机器人末端的位置；

8、实时获取实际中工业机器人末端的位置信息，输入到vr装置中；

9、将获得的实际中工业机器人末端的位置信息和vr装置控制指令进行对比优化；

10、根据修正结果对实际中工业机器人末端的运动进行修正。

11、进一步的，所述的将获得的实际中工业机器人末端的位置信息和vr装置控制指令进行对比优化的方法为，包括以下步骤：

12、在虚拟环境下实时对实际中工业机器人的运动轨迹进行评价；

13、根据评价结果对实际中工业机器人末端的位置信息进行优化。

14、进一步的，所述的评价方法为：

15、式中指标κt表示时间最优指标，κτ表示消耗最优指标，κd表示误差最优指标，ξ1、ξ2、ξ3是选择参数，结合实际工况下约束条件和目标工作要求。

16、进一步的，所述的工业机器人运动轨迹评价指标优化条件为：

17、κtja→min，其中min是指参数κtja趋于最小化。

18、根据第二方面，提供一种基于vr装置的工业机器人运动轨迹控制系统，包括视觉装置、vr装置、工业机器人和位置传感器，所述的视觉装置采集环境参数和工业机器人三维结构模型并将其图像信息参数化，将获得的参数传送给所述的vr装置，所述的vr装置包括虚拟模型构建单元、控制单元和轨迹修正单元，所述的虚拟模型构建单元根据获得参数构建实际环境和工业机器人的虚拟模型，并将虚拟模型与实际的工业机器人建立连接，所述的控制单元控制实际的工业机器人使其能追随虚拟模型的运动，所述的轨迹修正单元接收位置传感器实时传输的工业机器人末端位置信息，将其和虚拟模型的末端位置信息做评价，根据评价信息对工业机器人的运动轨迹做修正，将修正后的运动轨迹发送给所述的工业机器人；所述的位置传感器位于工业机器人的末端，实时获取工业机器人的位置信息并传送给所述的轨迹修正单元。

19、进一步的，所述的虚拟模型的运动轨迹通过拖动方式获得。

20、进一步的，所述的评价方法为：

21、式中指标κt表示时间最优指标，κτ表示消耗最优指标，κd表示误差最优指标，ξ1、ξ2、ξ3是选择参数，结合实际工况下约束条件和目标工作要求。

22、进一步的，所述的工业机器人运动轨迹评价指标优化条件为：

23、κtja→min，其中min是指参数κtja趋于最小化。

24、本发明与现有技术相比的有益效果：

25、(1)本发明的vr装置对实际工业机器人运动轨迹有预测和评价功能，从而操作者可以优先在虚拟环境下对工业机器人运动轨迹进行评价，从而选择最优运动轨迹，对实际工况下工业机器人运动进行动态调整；

26、(2)本发明融入了视觉系统建模技术，视觉系统通过采集当前机器人的实际位置建立机器人虚拟模型，将理论建模与实际建模进行结合，并且建模过程中融入实际工作环境参数，从而提高了建模的精度；

27、(3)本发明利用vr技术控制不仅可以提高机器人控制精度，而且可以大大减缓操作者在示教过程中的劳动强度，提高操作者的工作积极性。

技术特征：

1.一种基于vr装置的工业机器人运动轨迹控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于vr装置的工业机器人运动轨迹控制方法，其特征在于，所述的将获得的实际中工业机器人末端的位置信息和vr装置控制指令进行对比优化的方法为，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种基于vr装置的工业机器人运动轨迹控制方法，其特征在于，所述的评价方法为：

4.根据权利要求3所述的一种基于vr装置的工业机器人运动轨迹控制方法，其特征在于，所述的工业机器人运动轨迹评价指标优化条件为：

5.一种完成如权利要求1-4任一所述的工业机器人运动轨迹控制方法的基于vr装置的工业机器人运动轨迹控制系统，其特征在于，包括视觉装置、vr装置、工业机器人和位置传感器，所述的视觉装置采集环境参数和工业机器人三维结构模型并将其图像信息参数化，将获得的参数传送给所述的vr装置，所述的vr装置包括虚拟模型构建单元、控制单元和轨迹修正单元，所述的虚拟模型构建单元根据获得参数构建实际环境和工业机器人的虚拟模型，并将虚拟模型与实际的工业机器人建立连接，所述的控制单元控制实际的工业机器人使其能追随虚拟模型的运动，所述的轨迹修正单元接收位置传感器实时传输的工业机器人末端位置信息，将其和虚拟模型的末端位置信息做评价，根据评价信息对工业机器人的运动轨迹做修正，将修正后的运动轨迹发送给所述的工业机器人；所述的位置传感器位于工业机器人的末端，实时获取工业机器人的位置信息并传送给所述的轨迹修正单元。

6.根据权利要求5所述的一种基于vr装置的工业机器人运动轨迹控制系统，其特征在于，所述的虚拟模型的运动轨迹通过拖动方式获得。

7.如权利要求6所述的一种基于vr装置的工业机器人运动轨迹控制系统，其特征在于，所述的评价方法为：

8.如权利要求7所述的一种基于vr装置的工业机器人运动轨迹控制系统，其特征在于，所述的工业机器人运动轨迹评价指标优化条件为：

技术总结本发明提供一种基于VR装置的工业机器人运动轨迹控制方法，包括以下步骤：采集环境参数和工业机器人三维结构模型并将其图像信息参数化；将获得的参数信息建立VR装置中的虚拟模型；建立虚拟模型和实际模型的通信；通过拖动方式改变虚拟模型中工业机器人末端的位置，控制工业机器人末端的产生运动；实时获取工业机器人末端的位置信息，输入到VR装置中；将获得的工业机器人末端的位置信息和VR装置控制指令进行对比优化；对实际中工业机器人末端的运动进行修正。本发明对实际工业机器人运动轨迹有预测和评价功能，从而操作者可以优先在虚拟环境下对工业机器人运动轨迹进行评价，从而选择最优运动轨迹，对实际工况下工业机器人运动进行动态调整。技术研发人员：张帆,黄建,霍希建,薛涛,刘翔宇,郑欢受保护的技术使用者：北京自动化控制设备研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/2