(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 202211319628.9 (22)申请日 2022.10.26 (71)申请人 浙江理工大 学 地址 310018 浙江省杭州市江干经济开发 区2号大街9 28号 (72)发明人 王伟　廖榆信　李秦川　吴震宇　 徐泽铨　贺磊盈　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 林超 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种针对弯曲结构件编织的机器人牵引轨 迹生成方法 (57)摘要 本发明公开了一种针对弯曲结构件编织的 机器人牵引轨迹生成方法。 将弯曲结构件编织的 机器人中弯曲结构件的非线性几何中心线离散 成N+1个离散点， 每个离散点建立局部坐标系； 计 算相邻离散点的局部坐标系的X轴间夹角、 沿X、 Z 轴的平移距离； 建立相邻离散点的局部坐标系之 间的齐次变换矩阵； 建立编织环中心坐标系、 基 坐标系、 法兰坐标系； 对机器人与编织机的相对 位姿标定得到齐次变换矩阵； 构建坐标变换关 系， 利用坐标变换关系结合空间封闭运动链生成 机器人末端运动轨迹。 本发明充分利用了弯曲结 构件的形体特征信息和机器人运动灵活性， 有效 解决了具有弯曲形状的弯曲结构件编织加工技 术问题， 有效扩大编织品的种类和范围， 显著提 升价值。 权利要求书3页 说明书8页 附图6页 CN 115446842 A 2022.12.09 CN 115446842 A 1.一种针对弯曲结构件编织的机器人牵引轨迹生成方法， 其特征在于： 方法包括以下 步骤： 第一步： 针对弯曲结构件编织的机器人中的弯曲结构件， 建立弯曲结构件的非线性几 何中心线的函数表达式f(x， y， z)＝0， x， y， z分别表示弯曲结构件几何中心线在参考系O ‑ XYZ中的X轴、 Y轴和Z轴 坐标值， 将非线性几何中心线离散成数量为N+1个的离散点， 确 定每 个离散点的坐标值P0(x0， y0， z0)，…， PN(xN， yN， zN)； 第二步： 针对每一个离散点建立局部坐标系Oi_XiYiZi(i＝0， 1， …， N)， 其中Oi_XiYiZi表 示第i个离 散点的局部坐标系， 从而对所有离 散点建立 N+1个局部坐标系； 第三步： 计算所有相邻离散点的局部坐标系之间的X轴间的夹角αi、 沿X轴的平移距离 dxi和沿Z轴的平 移距离dzi， i＝0， 1，…， N； 第四步： 根据第三 步的结果， 建立相邻离 散点的局部坐标系之间的齐次变换矩阵： 其中， trans(dxi， 0， dzi)表示第i+1个离散点的局部坐标系Oi+1_Xi+1Yi+1Zi+1相对于第i个 离散点的局部坐 标系Oi_XiYiZi的平移矩阵， roty( αi)表示第i+1个离散 点的局部 坐标系Oi+1_ Xi+1Yi+1Zi+1相对于第i个离散点的局部坐标系Oi_XiYiZi绕Yi轴的旋转矩阵， dxi表示相邻坐标 系沿X轴方向上的平 移距离， dzi表示相邻坐标系沿Z轴方向上的平 移距离； 第五步： 以编织机的编织环中心为原点 建立编织环中心坐标系Ob_KbYbZb， 以机器人的基 座为原点建立基坐标系Or_XrYrZr， 以机器人的末端法兰盘中心为原点建立法兰坐标系Of_ XfYfZf； 第六步： 对机器 人与编织机的相对 位姿进行标定， 确定机器 人的基坐标系Or_XrYrZr与编 织机的编织环中心坐标系Ob_XbYbZb之间的旋转变换角度和平移距离， 从而根据 旋转变换角 度和平移距离计算得到齐次变换矩阵 第七步： 利用齐次变换矩阵 构建坐标变换关系， 进而利用坐标变换关系结合空间封 闭运动链生成机器人末端在空间中的运动轨 迹。 2.根据权利要求1所述的一种针对弯曲结构件编织的机器人牵引轨迹生成方法， 其特 征在于： 所述的第一步中， 弯曲结构件具有非直线的形状且其几何中心线具有明确的函数 表达式。 3.根据权利要求1所述的一种针对弯曲结构件编织的机器人牵引轨迹生成方法， 其特 征在于： 所述第二步中， 具体是： 根据非线性几何中心线的函数表达式和离散点的坐标值， 计算非线性几何中心线在离散点的切向向量 作为局部坐标系的X轴， 计算离散点的法向向 量的反向 向量 作为局部坐标系的Z轴， 最后根据右手定则确定局部坐标系的Y轴。 4.根据权利要求1所述的一种针对弯曲结构件编织的机器人牵引轨迹生成方法， 其特 征在于： 所述的第二步中， 根据弯曲结构件的非线性几何中心线的函数表达式计算三轴 上 的一阶偏导数 和 通过将离散点Pi(xi， yi， zi)的数值代入计算得到离 散点Pi的切向向量 作为局部坐标系Oi_XiYiZi中的Xi轴方向 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115446842 A 2根据弯曲结构件的非线性几何中心线的函数表达式计算三轴上的二阶偏导数 和 通过将离散点Pi(xi， yi， zi)的数值代入计算得到离散点Pi的法 向 量 将 其 反 向 向 量 作 为 局 部 坐 标 系 Oi_ XiYiZi中 的 Zi轴 方 向 为 5.根据权利要求4所述的一种针对弯曲结构件编织的机器人牵引轨迹生成方法， 其特 征在于： 所述第三 步具体为： 3.1、 计算第i个离散点的局部坐标系Oi_XiYiZi与第i+1个离散点的局部坐标系Oi+1_Xi+ 1Yi+1Zi+1之间的旋转变换角度与平移距离， 通过计算相邻离散点的切向向量 和 之间的夹 角， 确定第i个离散点的局部坐标系Oi_XiYiZi中的Xi轴与第i+1个离散点的局部坐标系Oi+1_ Xi+1Yi+1Zi+1中的Xi+1轴之间的夹角， 具体 计算为： 3.2、 计算相邻离散点的局部坐标系沿X轴与Z轴方向的平移距离， 首先将相邻离散点局 部坐标系的原点Oi与Oi+1连接构成向量 计算向量 与Xi轴之间的夹角 βi， 具体计 算为： 其中arccos( )表示反余弦三角函数， Oi表示离散点局坐标系Oi_XiYiZi的原点； 3.3、 再利用夹角 βi计算相邻坐标系沿X轴方向上的平移距离为dxi＝|OiOi+1|×cosβi， 沿 Z轴方向上的平 移距离为dzi＝‑|OiOi+1|×sinβi， 6.根据权利要求1所述的一种针对弯曲结构件编织的机器人牵引轨迹生成方法， 其特 征在于： 所述的第六步具体为： 机器人与编 织机均安装在水平地面， 通过示教将机器人末端法兰盘以任意姿态移动靠 近编织机编织环中心， 并使得 法兰盘中心Of与编织环中心Ob重合， 通过示教器读取机器人末 端法兰盘中心的坐标值Pf(xf， yf， zf)， 将机器人与编织机形成的空间拓扑沿地面投影形成 几何约束关系， 编织环中心坐标系Ob_XbYbZb相对于基坐标系Or_XrYrZr绕Zr轴旋转的角度为 其中atan()表示反正切三角函数， 沿Xr轴平移的距离为dx＝xf， 沿Yr轴平移的 距离为dy＝yf， 沿Zr轴平移的距离为dz＝zf； 然后获得编织环中心坐标系Ob_XbYbZb相对于基 坐标系Or_XrYrZr的齐次变换矩阵 为： 其中， rotz( θ )表示绕坐标轴Z轴旋转θ 的齐次变换矩阵， trans(dx， dy， dz)表示沿坐标轴 X、 Y和Z轴分别平 移dx、 dy和dz的齐次变换矩阵。 7.根据权利要求1所述的一种针对弯曲结构件编织的机器人牵引轨迹生成方法， 其特权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115446842 A 3