用于机器人优化动作规划的初始参考生成的制作方法

技术特征：
1.一种用于工业机器人的动作规划的方法，所述方法包括：提供用于规划所述机器人上的工具的路径的输入信息，包括所述工具的所述路径的开始点和目标点；生成初始参考路径，包括从先前计算的各个路径的储存库中选择候选路径，并且转置并缩放所述候选路径以生成所述初始参考路径，所述初始参考路径具有分别与所述开始点和所述目标点匹配的第一点和最后点；使用具有处理器和存储器的计算机对机器人动作优化问题建模，包括限定目标函数，以及将所述路径的所述开始点和目标点限定为等式约束；利用所述计算机来求解所述机器人动作优化问题以得到所述工具的所述路径，其中所述初始参考路径被用作在求解所述优化问题时的第一次迭代；以及将所述路径存储在所述储存库中。2.根据权利要求1所述的方法，其中，提供输入信息还包括提供障碍物数据，所述障碍物数据限定所述机器人的工作空间中的各个障碍物，以及，对机器人动作优化问题建模包括使用所述障碍物数据来限定避撞不等式约束。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述避撞不等式约束是针对所述机器人的每个计算的姿态的最小机器人到障碍物距离必须超过预定门限值。4.根据权利要求1所述的方法，其中，选择候选路径包括基于所述候选路径的第一点和最后点分别与所述开始点和所述目标点的接近度来选择所述候选路径。5.根据权利要求4所述的方法，其中，选择候选路径还包括基于所述候选路径的解质量和在计算所述候选路径中使用的障碍物环境中的至少一个来选择所述候选路径。6.根据权利要求1所述的方法，其中，转置和缩放所述候选路径以限定所述初始参考路径包括计算所述候选路径的第一点与所述开始点的第一偏差和所述候选路径的最后点与所述目标点的第二偏差，以及通过沿所述候选路径的长度成比例地应用所述第一偏差和所述第二偏差来计算所述初始参考路径上的点。7.根据权利要求6所述的方法，其中，使用以下等式来计算所述初始参考路径上的点：q
α
＝p
α
(1
‑
α)δ0 αδ
l
其中q
α
是所述初始参考路径上的点，p
α
是所述候选路径上的点，δ0是所述第一偏差，δ
l
是所述第二偏差，且α是沿所述候选路径的在从0到1的范围内的成比例距离。8.根据权利要求1所述的方法，其中，对机器人动作优化问题建模还包括基于用于所述机器人的每个关节的各个系统动力学或各个运动学方程来限定等式约束，并且限定不等式约束，所述不等式约束包括机器人关节旋转速度、加速度和加加速度不超过预定门限值，机器人工具中心点速度、加速度和加加速度不超过预定门限值以及关节位置不超过预定限制。9.根据权利要求1所述的方法，其中，求解所述动作优化问题包括迭代地求解所述动作优化问题，直到解收敛到预定的收敛标准。10.根据权利要求1所述的方法，还包括计算所述机器人的所有关节的动作和向所述机器人提供关节动作命令，所述动作使得所述工具跟随所述路径。11.一种用于规划工业机器人的路径的方法，所述方法包括提供在所述机器人上的工具的路径的开始点和目标点，通过从先前计算的各个路径的存储库中选择候选路径并且转
置和缩放所述候选路径以生成具有分别匹配所述开始点和所述目标点的第一点和最后点的初始参考路径来生成所述初始参考路径，通过将所述初始参考路径用作第一次迭代来对机器人动作优化问题建模和求解所述机器人动作优化问题以产生所述工具的所述路径，以及将所述路径存储在所述库中。12.根据权利要求11所述的方法，其中，对机器人动作优化问题建模还包括基于用于所述机器人的每个关节的各个系统动力学或各个运动学方程来限定等式约束，基于关节位置、速度、加速度和加加速度限制来限定不等式约束，以及基于机器人工作空间障碍物数据来限定避撞不等式约束。13.一种用于工业机器人的路径规划系统，所述系统包括：用于提供用于规划所述机器人上的工具的路径的输入信息的装置，所述输入信息包括所述工具的所述路径的开始点和目标点；以及与所述机器人通信的计算机，所述计算机具有处理器和存储器，所述处理器和存储器被配置用于；生成初始参考路径，包括从先前计算的各个路径的储存库中选择候选路径，并且转置并缩放所述候选路径以生成所述初始参考路径，所述初始参考路径具有分别与所述开始点和所述目标点匹配的第一点和最后点；对机器人动作优化问题建模，包括限定目标函数，以及将所述路径的所述开始点和目标点限定为等式约束；求解所述机器人动作优化问题以得到所述工具的所述路径，其中所述初始参考路径被用作在求解所述优化问题时的第一次迭代；以及将所述路径存储在所述储存库中。14.根据权利要求13所述的系统，其中，提供输入信息还包括提供限定所述机器人的工作空间中的各个障碍物的障碍物数据，并且对机器人动作优化问题建模包括使用所述障碍物数据来限定避撞不等式约束，其中所述避撞不等式约束是针对所述机器人的每个计算的姿态的最小机器人到障碍物距离必须超过预定门限值。15.根据权利要求13所述的系统，其中，选择候选路径包括基于所述候选路径的第一点和最后点分别与所述开始点和所述目标点的接近度来选择所述候选路径。16.根据权利要求15所述的系统，其中，选择候选路径还包括基于所述候选路径的解质量和在计算所述候选路径中使用的障碍物环境中的至少一个来选择所述候选路径。17.根据权利要求13所述的系统，其中转置和缩放所述候选路径以限定所述初始参考路径包括计算所述候选路径的第一点与所述开始点的第一偏差和所述候选路径的最后点与所述目标点的第二偏差，以及通过沿所述候选路径的长度成比例地应用所述第一偏差和所述第二偏差来计算所述初始参考路径上的点。18.根据权利要求13的系统，其中，对机器人动作优化问题建模还包括基于用于所述机器人的每个关节的各个系统动力学或各个运动学方程来限定等式约束，以及限定不等式约束，所述不等式约束包括机器人关节旋转速度、加速度和加加速度不超过预定门限值，机器人工具中心点速度、加速度和加加速度不超过预定门限值以及关节位置不超过预定限制。19.根据权利要求13所述的系统，其中，求解所述动作优化问题包括迭代地求解所述动作优化问题，直到解收敛到预定的收敛标准。
20.根据权利要求13所述的系统，其中，所述计算机还被配置用于计算所述机器人的所有关节的动作和向所述机器人提供关节动作命令，所述动作使得所述工具跟随所述路径。

技术总结
使用精确的初始参考路径的机器人优化动作规划技术。当使用动作优化来计算新路径时，从存储器中选择候选参考路径，该候选参考路径先前被计算并且具有与新路径相似的开始点和目标点以及避撞环境约束。考虑新路径的开始点和目标点与先前计算的路径的开始点和目标点之间的差异，在沿其长度的所有状态点处调整候选参考路径，以创建初始参考路径。然后，将已调整为适合开始点和目标点的初始参考路径用作动作优化计算的开始状态。通过使用与最终收敛的新路径相似的初始参考路径，优化计算比如果使用朴素初始参考路径收敛得更快。使用朴素初始参考路径收敛得更快。使用朴素初始参考路径收敛得更快。


技术研发人员：林显仲 加藤哲朗
受保护的技术使用者：发那科株式会社
技术研发日：2021.04.01
技术公布日：2021/10/26