(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210954214.7 (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 天津新松机 器人自动化有限公司 地址 300000 天津市滨 海新区空港经济区 纬七道60号-研发车间1楼C区 (72)发明人 马英凯　郭海冰　苗利　朱维金　 李峰亮　 (74)专利代理 机构 沈阳科苑专利商标代理有限 公司 210 02 专利代理师 王倩 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种空间曲面的工业机 器人轨迹规划方法 (57)摘要 本发明涉及一种空间曲面的工业机器人轨 迹规划方法， 包括以下步骤： 建立机器人仿真模 型和工件模型， 并导入到三维仿真环境中； 在三 维仿真环 境中选取工件上需要处理的空间曲面； 根据空间曲面规划空间曲线轨迹点构成的机器 人轨迹， 以仿真机器人沿轨迹动作。 本发明针对 3D模型绘制的曲面， 在其基础上对空间曲线进行 算法复现。 有效减少3D 模型在绘制曲面的过程中 产生的逼近误差。 根据外部输入的任意步长值， 完成曲线规划， 规划 后的空间曲线轨迹点之间的 步长值为曲线长度， 满足相应的工艺需求。 再依 据空间曲线所在的空间曲面， 给空间曲线轨迹点 附加姿态信息， 实现机器人末端的空间曲线轨迹 绘制并满足相应的姿态和精度需求。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 115157267 A 2022.10.11 CN 115157267 A 1.一种空间曲面的工业机器人轨 迹规划方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 建立机器人仿真模型和工件 模型， 并导入到三维仿真环境中； 对于在三维仿真环境中选取的工件模型上需要处理 的空间曲面， 根据空间曲面规划空 间曲线轨迹点构成的机器人轨迹， 以转化为机器人可以执行 的运动指令， 生成机器人可执 行程序控制机器人仿真模型动作。 2.根据权利要求1所述的一种空间曲面的工业机器人轨迹规划方法， 其特征在于， 所述 根据空间曲面 规划空间曲线轨 迹点构成的机器人轨 迹， 包括以下步骤： 1)通过拟合算法提取空间曲面外轮廓线特征点作为型值点， 转化为控制点与节点向 量； 2)通过规划算法获得空间曲线段的长度， 确定 轨迹点位置； 3)通过姿态算法获得轨 迹点的姿态。 3.根据权利要求2所述的一种空间曲面的工业机器人轨迹规划方法， 其特征在于， 所述 步骤1)具体如下： 3‑1)选择空间曲面， 提取空间曲面外轮廓线的特征点， 得到型值点序列P＝{p0， p1，…， pt}， 型值点个数为t+1个； 构建具有t+1个型值点的k次B样条曲线， 所述B样条曲线表征为t+3个控制点组成的控 制点序列和由t+k+4个节点组成的节点向量； 所述控制点序列D表示 为： D＝{d0， d1，…， dn}， n＝t+2 所述节点向量U表示 为： U＝{u0， u1，…， um}， m＝t+k+3 3‑2)根据福 利参数法获取节点向量U； 3‑3)根据LU分解矩阵变换 得到控制点序列D； 3‑4)根据控制点序列 D、 节点向量U和德布尔 ‑考克斯公式得到B样条曲线表 达式Ci(u)及 其一阶导表达式Ci′(u)。 4.根据权利要求2所述的一种空间曲面的工业机器人轨迹规划方法， 其特征在于： 所述 步骤2)具体如下： 4‑1)根据复合 辛普森公式估算曲线起 点至曲线各节点的长度； 4‑2)根据步长值规划曲线轨迹点， 获得轨迹点对应的曲线u值序列， u＝{U0， U1， U2，…}， 其中U0＝0依次累加步长值step， 当累加步长值step≤st时， 依次计 算轨迹点对应的曲线u值 Uj， j表示曲线 u值序列中的u值序号； st表示根据复合 辛普森公式估算的曲线总长度； 4‑3)将轨迹点对应的曲线u值序列， u＝{U0， U1， U2， …}带入B样条曲线表达式Ci(u)， 求 出轨迹点位置。 5.根据权利要求4所述的一种空间曲面的工业机器人轨迹规划方法， 其特征在于： 所述 4‑1)具体如下： 5‑1)根据复合 辛普森公式计算曲线起 点至曲线各节点的长度 si‑3＝S(0， ui)， i＝3， 4，…， t+3； ui为节点向量U中的第i+1个曲线节点； 复合辛普森公式为： 其中：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115157267 A 2a， b表示自变量， C ′i(ux)、 C′i(uy)、 C′i(uz)分别表示B样 条曲线一阶导的x分量、 y分量、 z 分量； 5‑2)对S(a， b)进行判断： 如果满足判别条件： δ为阈值； 则认为S(a， b)可以表征曲线段u＝(a， b)的长度； 否则， 进入步骤5 ‑3)； 5‑3)S(a， b)向下划分为 并将S(a， b)向下划分的 各分量， 分别返回步骤5 ‑2)； 如果各分量均满足判别条件， 则S(a， b)为各分量之和， 认为S(a， b)可以表征曲线段u＝ (a， b)的长度； 否则， 各分量分别返回步骤5 ‑3)， 继续向下划分， 直到所有分量均满足判别条件。 6.根据权利要求4所述的一种空间曲面的工业机器人轨迹规划方法， 其特征在于： 所述 4‑2)具体如下： i.根据曲线起点至曲线各节点的长度 si‑3， 预估累加步长值step对应的u值Uj所在的节 点区间； 当满足： si‑3≤step＜si‑2 节点区间预估为： ui≤Uj＜ui+1 若累加步长值step＝st时， 节点区间为： ut+2≤Uj＜ut+3 ii.依次根据判定条件1和判定条件2判定节点区间： 判定条件1： Uj‑1＜ui+1 如果满足判定条件1， 则认为Uj所在的节点区间为ui≤Uj＜ui+1； 否则： i＝i+1， 返回步骤i i， 直到满足判定条件1为止； 判定条件2： S(Uj‑1， ui+1)＞步长值 如果满足判定条件2， 则认为Uj所在的节点区间为ui≤Uj＜ui+1， 否则： i＝i+1， 返回步骤 ii， 直到满足判定条件2为止； 步长值 为设定值； 如果i＝t+2且S(Uj‑1， ui+1)≤步长值， 则Uj＝1； iii.在Uj所在的节点区间内通过二分算法逼近S(Uj‑1， Uj)＝步长值， 获取Uj值： 二分算法的判别条件为： |S(Uj‑1， Uj)‑步长值|＜ δ， δ 为阈值； 如果满足判别条件， 则认为S(Uj‑1， Uj)为步长值， 二分算法终止； 否则， 继续进行二分算 法， 直到满足判别条件； 得到轨迹点对应的曲线 u值Uj，。 7.根据权利要求1或4所述的一种空间曲面的工业机器人轨迹规划方法， 其特征在于： 所述步骤3)具体如下： 将轨迹点对应的曲线u值Uj，带入B样条曲线一阶导表达式C ′i(u)， 获得B样条曲线的切 线方向；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115157267 A 3