工业机器人流式轨迹前瞻控制方法及系统与流程

本发明涉及工业机器人运动控制，具体涉及一种工业机器人流式轨迹前瞻控制方法及系统。

背景技术：

1、自工业机器人作为智能制造系统中的核心执行设备，广泛应用于汽车制造、电子装配、精密加工、焊接、喷涂、点胶以及增材制造等领域。随着制造过程逐渐向柔性化、个性化和智能化方向发展，机器人运动控制系统不再仅面对传统固定工件、固定路径和固定工艺参数的离线运行模式，而需要适应在线生成轨迹、实时调整工艺以及多源数据动态输入的新型应用需求。

2、传统工业机器人轨迹控制通常采用“先规划、后执行”的方式,即上位控制系统根据完整工件模型、加工参数以及运动约束，在机器人启动前生成完整轨迹，然后将轨迹数据发送至实时控制器执行。在该模式下，机器人控制器可以利用完整未来信息进行速度前瞻，例如根据路径曲率变化、角点位置以及最大允许加速度提前调整速度，实现连续平滑运动。

3、现有公开技术中，cn114690767a提出了一种机器人轨迹规划方法，按路径距离和曲率等约束进行速度规划，但该技术基于全路径假设，未涉及开放尾部条件下的流式处理。cn110625617b公开了一种智能机器人轨迹规划方法，对实时获得的轨迹进行拆分并从拆分路径两端进行双向速度修正，但该方法在修正过程中可能修改已进入执行阶段的数据，且未区分稳定区间与可修改区间。cn106802627a提出了一种连续微小线段前瞻控制插补算法，顺序读取微小线段并回溯调整速度，在速度分割点结束一次前瞻，但该方法每次前瞻结束后窗口封闭，无法持续接收新数据。cn104331025b公开了一种面向微小线段高效加工的速度前瞻预处理方法，根据轨迹变化趋势自适应选择前瞻预读段，但该方法同样未解决开放尾部条件下非实时与实时数据协同的问题。

4、综上所述，现有技术分别涉及轨迹拆分、速度前瞻、双向修正或自适应预读，但均未解决开放尾部条件下稳定发布、物理可回改范围界定、原子反压机制以及非实时与实时数据包生命周期的协同问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种工业机器人流式轨迹前瞻控制方法及系统，以解决现有技术中开放尾部轨迹流条件下无法区分已执行区间与可修改区间、未来约束传播可能破坏实时数据一致性、以及过晚到达约束缺乏安全处置机制的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种工业机器人流式轨迹前瞻控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、接收允许继续追加的开放尾部轨迹流，并以原子轨迹段为单位执行容量接收；

4、在非实时侧对已接收轨迹进行几何稳定化，确定稳定前缀及未执行活动尾部；

5、依据实时执行进度、控制周期边界和制动约束确定物理重规划窗口，并从新追加约束影响的最早未执行位置建立脏区视界；

6、将新追加约束在物理重规划窗口内执行反向约束传播，仅更新窗口内未执行活动尾部而不回改已执行区间和窗口外已发布区间；

7、从稳定几何记录取得快照，生成固定容量实时执行数据包并校验快照代次，按序投递给实时执行器；

8、实时执行器从预分配窗口消费数据包，并向非实时侧返回消耗位置、水位和状态信息；

9、当新追加约束越过物理重规划窗口时，执行过晚追加处置，记录窗口不足诊断并保持已发布数据一致，同时执行安全减速或停止；以及

10、当供料不足时进入制动并保留会话，待补料恢复后继续运动，仅在轨迹流封闭且全部数据发布后发送结束标志。

11、优选地，所述开放尾部轨迹流为尚未以结束标志封闭、允许生产者继续追加几何或工艺事件的轨迹数据序列，当容量不足时返回反压信号并要求重试同一段。

12、优选地，所述几何稳定化依据复合边界、角点证据和尾部证据确定稳定前缀，所述稳定前缀为已经获得足够后续证据、可发布且后续追加不得改变其几何表示的前部区间。

13、优选地，所述物理重规划窗口为实时执行尚未消耗且满足控制周期、制动距离和包边界要求的可修改路径范围，所述物理重规划窗口位于已执行区间的末端与数据包边界之间。

14、优选地，所述脏区视界为因新追加约束而需要重新计算的最早未执行位置及其后续范围。

15、优选地，所述反向约束传播包括角点约束、曲率约束、速度约束和工艺强边界约束，所述约束传播从所述新追加约束的施加位置向所述物理重规划窗口的起始方向传播。

16、优选地，所述固定容量实时执行数据包包括固定容量任务包和几何数据块，所述校验快照代次包括校验输入代次和覆盖区间，过期结果被丢弃。

17、优选地，所述实时执行器仅在预分配窗口内按序消费数据包，所述非实时侧根据返回的消耗位置更新已执行区间边界，根据返回的水位信息判断容量状态，根据返回的状态信息识别供料不足或过晚追加异常。

18、优选地，所述过晚追加处置保持已进入实时窗口的数据包不变，按当前可执行约束减速或停止；所述供料不足处置进入安全减速状态保留会话，新数据包在安全条件内到达后重新规划未执行活动尾部并恢复运动；启动失败时由实时周期清理残留包。

19、本发明还提供一种工业机器人流式轨迹前瞻控制系统，包括：

20、轨迹接收模块，被配置为接收允许继续追加的开放尾部轨迹流，并以原子轨迹段为单位执行容量接收；

21、稳定前缀提交模块，被配置为在非实时侧对已接收轨迹进行几何稳定化，确定稳定前缀及未执行活动尾部；

22、物理重规划窗口管理模块，被配置为依据实时执行进度、控制周期边界和制动约束确定物理重规划窗口，并从新追加约束影响的最早未执行位置建立脏区视界；

23、约束传播模块，被配置为将新追加约束在物理重规划窗口内执行反向约束传播，仅更新窗口内未执行活动尾部而不回改已执行区间和窗口外已发布区间；

24、非实时数据包生成模块，被配置为从稳定几何记录取得快照，生成固定容量实时执行数据包并校验快照代次，按序投递给实时执行器；

25、实时执行模块，被配置为从预分配窗口消费数据包，并向非实时侧返回消耗位置、水位和状态信息；以及

26、过晚追加安全模块，被配置为当新追加约束越过物理重规划窗口时，执行过晚追加处置，记录窗口不足诊断并保持已发布数据一致，同时执行安全减速或停止。

27、与现有技术相比，本发明实施方式的工业机器人流式轨迹前瞻控制方法，相比现有技术具有以下显著的进步：

28、本发明把软件窗口边界转换为受实时消耗和制动能力约束的物理重规划边界，通过稳定前缀机制明确区分已执行区间与可修改区间，避免无效回改已执行轨迹，确保实时执行侧的数据一致性和运动安全性。

29、本发明可实现稳定前缀、活动尾部和脏区视界协同工作，使及时到达的未来约束能够影响尚未执行的运动，同时对过晚约束给出明确诊断，实现了开放尾部条件下约束的精准传播与安全处置，提高了轨迹控制的鲁棒性。

30、本发明中原子反压与发布前代次校验防止容量不足时发生跳段、重复段或部分提交，非实时建包和实时固定容量消费相分离，降低了实时周期中的动态分配、锁等待及复杂对象访问风险，开放尾部供料不足时采用受控减速与后续恢复，不把生产者短暂停顿误判为轨迹结束。