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CN111002315A - 一种轨迹规划方法、装置及机器人 - Google Patents

一种轨迹规划方法、装置及机器人 Download PDF

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CN111002315A
CN111002315A CN201911382617.3A CN201911382617A CN111002315A CN 111002315 A CN111002315 A CN 111002315A CN 201911382617 A CN201911382617 A CN 201911382617A CN 111002315 A CN111002315 A CN 111002315A
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Abstract

本发明涉及机器人技术领域，公开了一种轨迹规划方法、装置及机器人，所述轨迹规划方法，应用于机器人，所述机器人末端设置有工具，用于对待加工工件进行加工，所述方法包括：建立外部控制点坐标系、机器人基坐标系以及机器人工具坐标系；获取待加工工件上的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的坐标，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹；对所述轨迹控制点之间的初始轨迹进行速度规划，生成所述待加工工件的规划轨迹；根据所述待加工工件的规划轨迹，确定机器人末端工具中心的规划轨迹；根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，确定所述机器人的关节角度。通过建立外部控制点坐标系，对待加工工件进行轨迹规划，本发明能够提高待加工工件通过外部控制点的轨迹和速度的可控性。

Description

一种轨迹规划方法、装置及机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种轨迹规划方法、装置及机器人。
背景技术
工业机器人完成各种工业作业任务，需要借助安装在机械臂末端的工具，编程人员希望机器人工具按照一定轨迹运行，因此需要进行轨迹规划，现有技术的工业机器人轨迹规划一般都是规划的机器人末端工具中心(Tool Center Point，TCP)的轨迹。
但是，在打磨和缝纫场合，机器人手持待加工工件进行加工时，打磨和缝纫的是机器人末端工件的边缘轨迹，而不是机器人末端工具中心TCP的轨迹，如果此时以机器人末端工具中心TCP来规划轨迹，工件边缘的轨迹和速度通过外部控制点将不受控制。
有鉴于此，现有技术亟待改进。
发明内容
本发明实施例提供一种轨迹规划方法、装置及机器人，以提高待加工工件通过外部控制点的轨迹和速度的可控性。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种轨迹规划方法，应用于机器人，所述机器人末端设置有工具，用于对待加工工件进行加工，所述方法包括：
建立外部控制点坐标系、机器人基坐标系以及机器人工具坐标系；
获取待加工工件上的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的坐标，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹；
对所述轨迹控制点之间的初始轨迹进行速度规划，生成所述待加工工件的规划轨迹；
根据所述待加工工件的规划轨迹，确定机器人末端工具中心的规划轨迹；
根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，确定所述机器人的关节角度。
在一些实施例中，所述建立外部固定点坐标系，包括：
通过示教器示教外部控制点的第一位置、第二位置以及第三位置，其中，第一位置为外部控制点的原点；
根据所述第一位置、第二位置以及第三位置，确定所述外部固定点的X轴、Y轴以及Z轴方向，确定外部固定点坐标系。
在一些实施例中，所述方法还包括：
确定外部控制点在机器人基坐标系下的位姿。
在一些实施例中，所述获取待加工工件上的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的坐标，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹，包括：
预先规划所述待加工工件的轨迹控制点，确定所述待加工工件的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿；
根据所述待加工工件的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹。
在一些实施例中，所述对轨迹控制点之间的初始轨迹进行速度规划，生成所述待加工工件的规划轨迹，包括：
获取所述初始轨迹的起始点、中间点以及终点；
分别对所述起始点到中间点的轨迹以及中间点到终点的轨迹进行S型速度规划，生成第一轨迹和第二轨迹；
根据所述第一轨迹和第二轨迹，生成所述待加工工件的规划轨迹。
在一些实施例中，所述根据所述第一轨迹和第二轨迹，生成所述待加工工件的规划轨迹，包括：
预设过渡距离，对所述第一轨迹和第二轨迹进行平滑过渡，确定第一轨迹对应的第一过渡点的位姿以及第二轨迹对应的第二过渡点的位姿；
根据所述第一过渡点的位姿和第二过渡点的位姿，确定第一过渡点到第二过渡点的轨迹点的位姿，生成所述待加工工件的规划轨迹。
在一些实施例中，所述根据所述待加工工件的规划轨迹，确定机器人末端工具中心的规划轨迹，包括：
获取所述轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿；
根据所述轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿以及所述外部控制点在机器人基坐标系下的位姿,基于预先确定的所述轨迹控制点、外部控制点以及机器人末端工具中心的坐标关系，计算所述轨迹控制点对应的机器人末端工具中心的位姿；
根据多个轨迹控制点对应的机器人末端工具中心的位姿，确定机器人末端工具中心的规划轨迹。
在一些实施例中，所述根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，确定所述机器人的关节角度，包括：
根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，基于逆向运动学，确定所述机器人的每一关节的关节角度。
第二方面，本发明实施例提供一种轨迹规划装置，应用于机器人，所述机器人末端设置有工具，用于对待加工工件进行加工，所述装置包括：
坐标系单元，用于建立外部控制点坐标系、机器人基坐标系以及机器人工具坐标系；
初始轨迹单元，用于获取待加工工件上的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的坐标，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹；
工件规划轨迹单元，用于对所述轨迹控制点之间的初始轨迹进行速度规划，生成所述待加工工件的规划轨迹；
末端工具规划轨迹单元，用于根据所述待加工工件的规划轨迹，确定机器人末端工具中心的规划轨迹；
关节角度单元，用于根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，确定所述机器人的关节角度。
在一些实施例中，所述坐标系单元，具体用于：
通过示教器示教外部控制点的第一位置、第二位置以及第三位置，其中，第一位置为外部控制点的原点；
根据所述第一位置、第二位置以及第三位置，确定所述外部固定点的X轴、Y轴以及Z轴方向，确定外部固定点坐标系。
在一些实施例中，所述装置还包括：
位姿单元，用于确定外部控制点在机器人基坐标系下的位姿。
在一些实施例中，所述初始轨迹单元，具体用于：
预先规划所述待加工工件的轨迹控制点，确定所述待加工工件的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿；
根据所述待加工工件的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹。
在一些实施例中，所述工件规划轨迹单元，具体用于：
获取所述初始轨迹的起始点、中间点以及终点；
分别对所述起始点到中间点的轨迹以及中间点到终点的轨迹进行S型速度规划，生成第一轨迹和第二轨迹；
根据所述第一轨迹和第二轨迹，生成所述待加工工件的规划轨迹。
在一些实施例中，所述工件规划轨迹单元，具体还用于：
预设过渡距离，对所述第一轨迹和第二轨迹进行平滑过渡，确定第一轨迹对应的第一过渡点的位姿以及第二轨迹对应的第二过渡点的位姿；
根据所述第一过渡点的位姿和第二过渡点的位姿，确定第一过渡点到第二过渡点的轨迹点的位姿，生成所述待加工工件的规划轨迹。
在一些实施例中，所述末端工具规划轨迹单元，具体用于：
获取所述轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿；
根据所述轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿以及所述外部控制点在机器人基坐标系下的位姿,基于预先确定的所述轨迹控制点、外部控制点以及机器人末端工具中心的坐标关系，计算所述轨迹控制点对应的机器人末端工具中心的位姿；
根据多个轨迹控制点对应的机器人末端工具中心的位姿，确定机器人末端工具中心的规划轨迹。
在一些实施例中，所述关节角度单元，具体用于：
根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，基于逆向运动学，确定所述机器人的每一关节的关节角度。
第三方面，本发明实施例提供一种机器人，包括：
机器人末端，设置有工具，用于对待加工工件进行加工；
控制器，所述控制器包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的轨迹规划方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使机器人能够执行如上所述的轨迹规划方法。
本发明通过提供一种轨迹规划方法，应用于机器人，所述机器人末端设置有工具，用于对待加工工件进行加工，所述方法包括：建立外部控制点坐标系、机器人基坐标系以及机器人工具坐标系；获取待加工工件上的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的坐标，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹；对所述轨迹控制点之间的初始轨迹进行速度规划，生成所述待加工工件的规划轨迹；根据所述待加工工件的规划轨迹，确定机器人末端工具中心的规划轨迹；根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，确定所述机器人的关节角度。通过建立外部控制点坐标系，对待加工工件进行轨迹规划，本发明能够提高待加工工件通过外部控制点的轨迹和速度的可控性。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供的一种机器人的示意图；
图2是本发明实施例提供的一种轨迹规划方法的流程图；
图3是图2中的步骤S10的细化流程图；
图4是图2中的步骤S20的细化流程图；
图5是本发明实施例提供的一种机器人的轨迹的示意图；
图6是图2中的步骤S30的细化流程图；
图7是图6中的步骤S33的细化流程图；
图8是图2中的步骤S40的细化流程图；
图9是本发明实施例提供的一种单个关节的运动轨迹的曲线示意图；
图10是本发明实施例提供的一种轨迹规划装置的结构示意图；
图11是本发明实施例提供的一种机器人的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提供的轨迹规划方法可以应用到各种通过电机或马达驱动的可移动物体上，包括但不限于机器人，其中，所述机器人可以为工业机器人、移动机器人等。
其中，本发明实施例的轨迹规划方法，通过机器人的控制器进行执行。
请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种机器人的示意图；
如图1所示，该机器人包括一机械臂，所述机械臂的末端安装有机器人末端工具，所述机器人末端工具用于对待加工工件进行加工，例如：在打磨和缝纫场合，所述机器人末端工具对待加工工件进行加工，其中，所述机器人配合一外部固定工具进行加工，所述外部固定工具固定有一外部控制点，在打磨或缝纫场合，所述外部控制点可以理解为打磨的磨削处或者缝纫机的下针处，所述待加工工件需要经过所述外部控制点进行加工。其中，所述机器人包括三个坐标系，分别为机器人基坐标系、机器人工具坐标系以及外部控制点坐标系，所述机器人基坐标系对应机器人基座，所述机器人基座坐标系为世界坐标系，所述机器人工具坐标系对应所述机器人的末端工具，用于指示机器人末端工具的运动，所述外部控制点坐标系，对应外部控制点，用于指示外部控制点的位置。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
请参阅图2，图2是本发明实施例提供的一种轨迹规划方法的流程图；
如图2所示，该轨迹规划方法，应用于机器人，所述机器人末端设置有工具，用于对待加工工件进行加工，所述方法包括：
步骤S10：建立外部控制点坐标系、机器人基坐标系以及机器人工具坐标系；
具体的，所述机器人基坐标系为世界坐标系，所述机器人工具坐标系为所述机器人的末端工具的坐标系，所述外部控制点坐标系为外部控制点的坐标系，请再参阅图3，图3是图2中的步骤S10的细化流程图；
如图3所示，所述步骤S10：建立外部控制点坐标系，包括：
步骤S11：通过示教器示教外部控制点的第一位置、第二位置以及第三位置，其中，第一位置为外部控制点的原点；
具体的，通过示教器使用机器人末端工具中心(Tool Center Point，TCP)示教外部控制点位置P1(X1,Y1,Z1),示教外部控制点位置P2(X2,Y2,Z2)和外部控制点位置P3(X3,Y3,Z3)。
步骤S12：根据所述第一位置、第二位置以及第三位置，确定所述外部固定点的X轴、Y轴以及Z轴方向，确定外部固定点坐标系。
具体的，P1为外部控制点的原点，P1指向P2的方向为外部控制点坐标系的X轴方向，P1指向P3的方向为外部控制点坐标系的Z轴方向，外部控制点坐标系的Y轴方向可由右手定则确定，因此可以确定外部控制点坐标系。
在本发明实施例中，所述方法还包括：
确定外部控制点在机器人基坐标系下的位姿。
具体的，通过机器人末端对准外部控制点的原点P1，示教出外部控制点在机器人基坐标系下的坐标值，再通过示教外部控制点P2以及外部控制点P3，从而确定外部控制点在机器人基坐标系下的方向，从而确定所述外部控制点在机器人基坐标系下的位姿。
步骤S20：获取待加工工件上的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的坐标，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹；
具体的，请再参阅图4，图4是图2中的步骤S20的细化流程图；
如图4所示，该步骤S20：获取待加工工件上的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的坐标，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹，包括：
步骤S21：预先规划所述待加工工件的轨迹控制点，确定所述待加工工件的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿；
具体的，所述待加工工件可以为皮料，为了保证待加工工件通过外部控制点的轨迹和速度是可控的，可以通过预先规划所述待加工工件的轨迹控制点，在所述待加工工件上确定所述轨迹控制点，其中，每一所述轨迹控制点均需要经过所述外部控制点，因此，需要确定所述待加工工件的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿，通过确定每一轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿，具体的，请参阅图5，图5是本发明实施例提供的一种机器人的轨迹的示意图；
如图5所示，工件上的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿分别为：TP0(X0,Y0,Z0,A0,B0,C0),TP2(X2,Y2,Z2,A2,B2,C2),以及TP4(X4,Y4,Z4,A4,B4,C4)。
步骤S22：根据所述待加工工件的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹。
具体的，根据所述待加工工件的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿，对所述轨迹控制点进行直线轨迹规划，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹，例如：对所述轨迹控制点P0、P2以及P4进行直线轨迹规划，其中，P0和P2以及P2和P4两点之间的距离可以通过如下公式：
S1＝sqrt((x1-x0)^2+(y1-y0)^2+(z1-z0)^2)，
S2＝sqrt((x2-x1)^2+(y2-y1)^2+(z2-z1)^2)，
分别计算得到P0和P2之间的距离S1，以及，P2和P4之间的距离S2。
步骤S30：对所述轨迹控制点之间的初始轨迹进行速度规划，生成所述待加工工件的规划轨迹；
具体的，请再参阅图6，图6是图2中的步骤S30的细化流程图；
如图6所示，该步骤S30：对所述轨迹控制点之间的初始轨迹进行速度规划，生成所述待加工工件的规划轨迹，包括：
步骤S31：获取所述初始轨迹的起始点、中间点以及终点；
具体的，通过获取所述初始轨迹的起始点、中间点以及终点，例如：图5中的P0为起始点，图5中的P2为中间点，图5中的P4为终点，并且，确定所述初始轨迹的起始点、中间点以及终点在机器人工具坐标系下的位姿。
步骤S32：分别对所述起始点到中间点的轨迹以及中间点到终点的轨迹进行S型速度规划，生成第一轨迹和第二轨迹；
具体的，通过对所述起始点到中间点的轨迹进行S型速度规划，生成第一轨迹，对所述中间点到终点的轨迹进行S型速度规划，生成第二轨迹，从而确定第一轨迹和第二轨迹。
步骤S33：根据所述第一轨迹和第二轨迹，生成所述待加工工件的规划轨迹。
具体的，请再参阅图7，图7是图6中的步骤S33的细化流程图；
如图7所示，所述步骤S33：根据所述第一轨迹和第二轨迹，生成所述待加工工件的规划轨迹，包括：
步骤S331：预设过渡距离，对所述第一轨迹和第二轨迹进行平滑过渡，确定第一轨迹对应的第一过渡点的位姿以及第二轨迹对应的第二过渡点的位姿；
具体的，通过预设过渡距离，所述过渡距离小于所述第一轨迹对应的起始点和中间点的距离，根据所述过渡距离，对所述第一轨迹和第二轨迹进行平滑过渡，确定所述第一轨迹对应的第一过渡点的位姿，例如：预设所述过渡距离为L，所述第一轨迹的起始点为P0，所述第一轨迹的中间点为P2，P2相当于所述第一轨迹的终点，计算所述第一轨迹的起始点和终点的间隔距离D，从而确定所述过渡距离和所述间隔距离D的比值为u＝L/D，通过向量的方式，通过如下公式P1＝P0+(P2-P1)*(1-u)可以获取所述第一过渡点的位姿，同理，可以确定所述第二过渡点的位姿。
其中，已知第一过渡点和第二过渡点的位姿，则可以通过下式(1)确定第一过渡点和第二过渡点的速度和加速度。
Figure BDA0002342668480000081
步骤S332：根据所述第一过渡点的位姿和第二过渡点的位姿，确定第一过渡点到第二过渡点的轨迹点的位姿，生成所述待加工工件的规划轨迹。
具体的，通过五次多项式进行平滑过渡，确定第一过渡点到第二过渡点的轨迹点的位姿。在本发明实施例中，为了保证第一轨迹和第二轨迹的速度连续，因此，需要对所述第一轨迹和第二轨迹进行平滑过渡。
具体的，已知机器人的起始点和终点的位置、速度和加速度，然后运用数学的方法找到一种合适的函数，使计算得到的机器人末端工具的位置值是关于时间的函数，并且满足已知的路径点按规定的顺序分布在函数曲线上。轨迹规划通常是运用多项式插值的函数来实现，在机器人末端工具的运动过程中，其运动轨迹可以用函数S(t)来表示，称之为插值函数，插值函数S(t)需要经过运动轨迹的起始点和终点。从理论上而言，插值函数只要满足规定的边界条件，插值过程的形式可以为任意形式。在实际设计中，要根据机器人的本体结构、机器人控制系统的运算能力、机器人的运动学以及机器人的动力学等要求选取合适的轨迹，使得机器人的末端工具在运行过程中的运行轨迹合理。
五次多项式插值算法中S(t)的表达式含有6个未知数，要确定五次多项式的系数，需要根据起始点的位置、速度、加速度以及终点的位置、速度、加速度来确定。将五次多项式表示为位移关于时间的函数，其一般表达式见下式(2)。
S(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4+a5t5 (2)
对式(2)分别求解关于时间的一次导数和两次导数数即是速度和加速度的函数表达式，结果见下式(3)和下式(4)。
Figure BDA0002342668480000092
Figure BDA0002342668480000093
用t0和tn分别表示起始点和终点的时间，将其带入式(2-4)中，则起始点的位移、速度、加速度以及终点的位移、速度、加速度分别见式(5-10)。
S(t0)＝a0+a1t0+a2t0 2+a3t0 3+a4t0 4+a5t0 5 (5)
S(tn)＝an+a1tn+a2tn 2+a3tn 3+a4tn 4+a5tn 5 (6)
Figure BDA0002342668480000094
Figure BDA0002342668480000095
Figure BDA0002342668480000096
Figure BDA0002342668480000097
联立式(5-10)组成的方程组，求解方程组得到五次多项式插值的系数为下式(11)：
Figure BDA0002342668480000091
通过获取边界条件，将边界条件代入上式(11)中，得到五次多项式插值的位置、速度、加速度的表达式，根据所述表达式，对所述第一轨迹和第二轨迹进行平滑过渡，生成所述待加工工件的规划轨迹。由于第一轨迹和第二轨迹都是在笛卡尔空间规划的，因此过渡段轨迹也是在笛卡尔空间规划的，在确定所述过渡段轨迹的各个轨迹点的空间坐标后，生成所述待加工工件的规划轨迹。
步骤S40：根据所述待加工工件的规划轨迹，确定机器人末端工具中心的规划轨迹；
具体的，请再参阅图8，图8是图2中的步骤S40的细化流程图；
如图8所示，该步骤S40：根据所述待加工工件的规划轨迹，确定机器人末端工具中心的规划轨迹，包括：
步骤S41：获取所述轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿；
具体的，获取所述轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿矩阵。
步骤S42：根据所述轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿以及所述外部控制点在机器人基坐标系下的位姿,基于预先确定的所述轨迹控制点、外部控制点以及机器人末端工具中心的坐标关系，计算所述轨迹控制点对应的机器人末端工具中心的位姿；
具体的，所述待加工工件的轨迹控制点、外部控制点与机器人末端工具中的坐标关系为：wTe＝wT末 末TP，其中，wTe是外部固定点在机器人基座标系下位姿矩阵。wT末是机器人末端在基座标系下的位姿矩阵，末TP是工件轨迹点在工具坐标系下的位姿矩阵，已知t时刻的笛卡尔点P(t)通过外部控制点时可以通过矩阵乘法，即通过关系式wTe＝wT末 末TP，求得机器人末端的位姿矩阵wT末。因此可以将待加工工件上规划的直线和过渡段轨迹转换成机器人末端工具中心的运动轨迹。
步骤S43：根据多个轨迹控制点对应的机器人末端工具中心的位姿，确定机器人末端工具中心的规划轨迹。
具体的，根据每一轨迹控制点对应的机器人末端工具中心的轨迹点的位姿，从而确定机器人末端工具中心的规划轨迹。
步骤S50：根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，确定所述机器人的关节角度。
具体的，所述根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，确定所述机器人的关节角度，包括：
根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，基于逆向运动学，确定所述机器人的每一关节的关节角度。
具体的，根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，确定所述机器人的关节角度：计算相邻两个关节的变换矩阵；通过矩阵变换和反变换来求各个关节角，请参阅图9，图9是本发明实施例提供的一种单个关节的运动轨迹的曲线示意图。在本发明实施例中，通过提供一种轨迹规划方法，应用于机器人，所述机器人末端设置有工具，用于对待加工工件进行加工，所述方法包括：建立外部控制点坐标系、机器人基坐标系以及机器人工具坐标系；获取待加工工件上的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的坐标，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹；对所述轨迹控制点之间的初始轨迹进行速度规划，生成所述待加工工件的规划轨迹；根据所述待加工工件的规划轨迹，确定机器人末端工具中心的规划轨迹；根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，确定所述机器人的关节角度。通过建立外部控制点坐标系，对待加工工件进行轨迹规划，本发明能够提高待加工工件通过外部控制点的轨迹和速度的可控性。
请参阅图10，图10是本发明实施例提供的一种轨迹规划装置的示意图；
如图10所示，该轨迹规划装置100，应用于机器人，所述装置包括：
坐标系单元101，用于建立外部控制点坐标系、机器人基坐标系以及机器人工具坐标系；
初始轨迹单元102，用于获取待加工工件上的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的坐标，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹；
工件规划轨迹单元103，用于对所述轨迹控制点之间的初始轨迹进行速度规划，生成所述待加工工件的规划轨迹；
末端工具规划轨迹单元104，用于根据所述待加工工件的规划轨迹，确定机器人末端工具中心的规划轨迹；
关节角度单元105，用于根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，确定所述机器人的关节角度。
在本发明实施例中，所述坐标系单元101，具体用于：
通过示教器示教外部控制点的第一位置、第二位置以及第三位置，其中，第一位置为外部控制点的原点；
根据所述第一位置、第二位置以及第三位置，确定所述外部固定点的X轴、Y轴以及Z轴方向，确定外部固定点坐标系。
在本发明实施例中，所述初始轨迹单元102，具体用于：
预先规划所述待加工工件的轨迹控制点，确定所述待加工工件的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿；
根据所述待加工工件的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹。
在本发明实施例中，所述工件规划轨迹单元103，具体用于：
获取所述初始轨迹的起始点、中间点以及终点；
分别对所述起始点到中间点的轨迹以及中间点到终点的轨迹进行S型速度规划，生成第一轨迹和第二轨迹；
根据所述第一轨迹和第二轨迹，生成所述待加工工件的规划轨迹。
具体的，所述工件规划轨迹单元103，具体还用于：
预设过渡距离，对所述第一轨迹和第二轨迹进行平滑过渡，确定第一轨迹对应的第一过渡点的位姿以及第二轨迹对应的第二过渡点的位姿；
根据所述第一过渡点的位姿和第二过渡点的位姿，确定第一过渡点到第二过渡点的轨迹点的位姿，生成所述待加工工件的规划轨迹。
在本发明实施例中，所述末端工具规划轨迹单元104，具体用于：
获取所述轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿；
根据所述轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿以及所述外部控制点在机器人基坐标系下的位姿,基于预先确定的所述轨迹控制点、外部控制点以及机器人末端工具中心的坐标关系，计算所述轨迹控制点对应的机器人末端工具中心的位姿；
根据多个轨迹控制点对应的机器人末端工具中心的位姿，确定机器人末端工具中心的规划轨迹。
在本发明实施例中，所述关节角度单元105，具体用于：
根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，基于逆向运动学，确定所述机器人的每一关节的关节角度。
在本发明实施例中，通过提供一种轨迹规划装置，应用于机器人，所述机器人末端设置有工具，用于对待加工工件进行加工，所述装置包括：坐标系单元，用于建立外部控制点坐标系、机器人基坐标系以及机器人工具坐标系；初始轨迹单元，用于获取待加工工件上的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的坐标，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹；工件规划轨迹单元，用于对所述轨迹控制点之间的初始轨迹进行速度规划，生成所述待加工工件的规划轨迹；末端工具规划轨迹单元，用于根据所述待加工工件的规划轨迹，确定机器人末端工具中心的规划轨迹；关节角度单元，用于根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，确定所述机器人的关节角度。通过建立外部控制点坐标系，对待加工工件进行轨迹规划，本发明能够提高待加工工件通过外部控制点的轨迹和速度的可控性。
请再参阅图11，图11是本发明实施例提供的一种机器人的结构示意图；
如图11所示，该机器人110包括一个或多个处理器111以及存储器112。其中，图11中以一个处理器111为例。
处理器111和存储器112可以通过总线或者其他方式连接，图11中以通过总线连接为例。
存储器112作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的一种轨迹规划方法对应的单元(例如，图10所述的各个单元)。处理器111通过运行存储在存储器112中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行轨迹规划方法的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的轨迹规划方法以及上述装置实施例的各个模块和单元的功能。
存储器112可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器112可选包括相对于处理器111远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器111。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述模块存储在所述存储器112中，当被所述一个或者多个处理器111执行时，执行上述任意方法实施例中的轨迹规划方法，例如，执行以上描述的图2所示的各个步骤；也可实现图10所述的各个模块或单元的功能。
可以理解的是，所述机器人还包括机械臂、控制台等组件，本领域技术人员能够理解，在此不再赘述。
本发明实施例的机器人以多种形式存在，在执行以上描述的图2所示的各个步骤；也可实现图10所述的各个单元的功能时，包括但不限于：清洁机器人、服务机器人、远程监控机器人、扫地机器人等机器人或者缝纫机器人等工业机器人。
本发明实施例提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行如上所述的轨迹规划方法。例如，执行以上描述的图2中的方法步骤S10至步骤S50。
本发明实施例还提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如图11中的一个处理器111，可使得上述一个或多个处理器可执行上述任意方法实施例中的轨迹规划方法，例如，执行上述任意方法实施例中的轨迹规划方法，例如，执行以上描述的图2所示的各个步骤；也可实现图10所示的各个模块或单元的功能。
以上所描述的装置或设备实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用直至得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种轨迹规划方法，应用于机器人，所述机器人末端设置有工具，用于对待加工工件进行加工，其特征在于，所述方法包括：
建立外部控制点坐标系、机器人基坐标系以及机器人工具坐标系；
获取待加工工件上的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的坐标，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹；
对所述轨迹控制点之间的初始轨迹进行速度规划，生成所述待加工工件的规划轨迹；
根据所述待加工工件的规划轨迹，确定机器人末端工具中心的规划轨迹；
根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，确定所述机器人的关节角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立外部固定点坐标系，包括：
通过示教器示教外部控制点的第一位置、第二位置以及第三位置，其中，第一位置为外部控制点的原点；
根据所述第一位置、第二位置以及第三位置，确定所述外部固定点的X轴、Y轴以及Z轴方向，确定外部固定点坐标系。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定外部控制点在机器人基坐标系下的位姿。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取待加工工件上的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的坐标，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹，包括：
预先规划所述待加工工件的轨迹控制点，确定所述待加工工件的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿；
根据所述待加工工件的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对轨迹控制点之间的初始轨迹进行速度规划，生成所述待加工工件的规划轨迹，包括：
获取所述初始轨迹的起始点、中间点以及终点；
分别对所述起始点到中间点的轨迹以及中间点到终点的轨迹进行S型速度规划，生成第一轨迹和第二轨迹；
根据所述第一轨迹和第二轨迹，生成所述待加工工件的规划轨迹。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一轨迹和第二轨迹，生成所述待加工工件的规划轨迹，包括：
预设过渡距离，对所述第一轨迹和第二轨迹进行平滑过渡，确定第一轨迹对应的第一过渡点的位姿以及第二轨迹对应的第二过渡点的位姿；
根据所述第一过渡点的位姿和第二过渡点的位姿，确定第一过渡点到第二过渡点的轨迹点的位姿，生成所述待加工工件的规划轨迹。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述待加工工件的规划轨迹，确定机器人末端工具中心的规划轨迹，包括：
获取所述轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿；
根据所述轨迹控制点在机器人工具坐标系下的位姿以及所述外部控制点在机器人基坐标系下的位姿,基于预先确定的所述轨迹控制点、外部控制点以及机器人末端工具中心的坐标关系，计算所述轨迹控制点对应的机器人末端工具中心的位姿；
根据多个轨迹控制点对应的机器人末端工具中心的位姿，确定机器人末端工具中心的规划轨迹。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，确定所述机器人的关节角度，包括：
根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，基于逆向运动学，确定所述机器人的每一关节的关节角度。
9.一种轨迹规划装置，其特征在于，包括：
坐标系单元，用于建立外部控制点坐标系、机器人基坐标系以及机器人工具坐标系；
初始轨迹单元，用于获取待加工工件上的轨迹控制点在机器人工具坐标系下的坐标，确定所述轨迹控制点之间的初始轨迹；
工件规划轨迹单元，用于对所述轨迹控制点之间的初始轨迹进行速度规划，生成所述待加工工件的规划轨迹；
末端工具规划轨迹单元，用于根据所述待加工工件的规划轨迹，确定机器人末端工具中心的规划轨迹；
关节角度单元，用于根据所述机器人末端工具中心的规划轨迹，确定所述机器人的关节角度。
10.一种机器人，其特征在于，包括：
机器人末端，设置有工具，用于对待加工工件进行加工；
控制器，所述控制器包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-8中任一项所述的轨迹规划方法。
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