机器人工作范围的获取方法及装置

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体而言，涉及一种机器人工作范围的获取方法及装置。

背景技术

机器人工作空间的分析在整个机器人设计过程中，是一个非常重要的问题。机器人工作空间的大小代表机器人各关节可以活动的范围，它是衡量机器人工作能力的重要指标。

对于机器人的工作空间的算法中，常用解析法、图解法和数值解法三种。解析法是通过多次求解包络线,把工作空间的边界用方程表示出来，这种方法的直观性不强而且十分的繁琐,不易理解。图1是根据现有技术中的基于CAD绘制的机器人工作范围的示意图，由于使用CAD手动绘制机器人工作范围比较繁琐，不仅容易出错，而且耗费时间、精力较大、效率较低，如图1所示，采用CAD绘制的机器人工作范围线条比较多，只够直观。

针对上述相关技术中用于确定机器人的工作范围的方式比较繁琐，得到的结果不够直观的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种机器人工作范围的获取方法及装置，以至少解决相关技术中用于确定机器人的工作范围的方式比较繁琐，得到的结果不够直观的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种机器人工作范围的获取方法，包括：生成机器人模型的基坐标系，其中，所述机器人模型对应的目标机器人为待进行工作范围绘制的机器人；在所述基坐标系中建立所述机器人模型的多个轴中每个轴的旋转中心坐标系，并将所述基坐标系中所述机器人模型以及所述每个轴的旋转中心坐标系导入到机械系统动力学自动分析Adams系统中；在所述Adams系统中对所述目标机器人进行运动仿真，得到所述目标机器人的工作范围。

可选地，在生成机器人模型的基坐标系之前，该机器人工作范围的获取方法还包括：获取所述目标机器人的结构特征参数；基于所述结构特征参数生成所述目标机器人对应的机器人模型。

可选地，在生成机器人模型的基坐标系之前，该机器人工作范围的获取方法还包括：确定所述机器人模型在所述Adams系统对应的Adams坐标系的第一方位信息。

可选地，生成机器人模型的基坐标系，包括：基于所述Adams坐标系的第一方位信息确定所述基坐标系的第二方位信息；在预定三维软件中基于所述第二方位信息生成所述基坐标系。

可选地，在在所述基坐标系中建立所述机器人模型的多个轴中每个轴的旋转中心坐标系，并将所述基坐标系中所述机器人模型以及所述每个轴的旋转中心坐标系导入到机械系统动力学自动分析Adams系统中之后，该机器人工作范围的获取方法还包括：在所述Adams系统中为所述机器人模型添加约束条件和驱动数据。

可选地，在在所述Adams系统中对所述目标机器人进行运动仿真，得到所述目标机器人的工作范围之前，该机器人工作范围的获取方法还包括：利用阶跃函数对所述每个轴进行编程，得到所述每个轴的控制指令，其中，所述阶跃函数的变量为时间。

可选地，在所述Adams系统中对所述目标机器人进行运动仿真，得到所述目标机器人的工作范围，包括：在所述机器人模型的每个轴转动范围内，从所述机器人模型的第一个轴开始，控制所述每个轴依次以各自的转动关节转动，直到最后一个轴；其中，控制所述每个轴依次以各自的转动关节转动，包括：控制所述每个轴的中的一个轴转动，再控制与其相邻的轴在自身的变化范围内从最小角度到最大角度变化，其中，所述每个轴在不同的时间运动不同的范围。

根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种机器人工作范围的获取置，包括：第一生成单元，用于生成机器人模型的基坐标系，其中，所述机器人模型对应的目标机器人为待进行工作范围绘制的机器人；导入单元，用于在所述基坐标系中建立所述机器人模型的多个轴中每个轴的旋转中心坐标系，并将所述基坐标系中所述机器人模型以及所述每个轴的旋转中心坐标系导入到机械系统动力学自动分析Adams系统中；第一获取单元，用于在所述Adams系统中对所述目标机器人进行运动仿真，得到所述目标机器人的工作范围。

可选地，该机器人工作范围的获取置还包括：第二获取单元，用于在生成机器人模型的基坐标系之前，获取所述目标机器人的结构特征参数；第二生成单元，用于基于所述结构特征参数生成所述目标机器人对应的机器人模型。

可选地，该机器人工作范围的获取置还包括：确定单元，用于在生成机器人模型的基坐标系之前，确定所述机器人模型在所述Adams系统对应的Adams坐标系的第一方位信息。

可选地，所述第一生成单元，包括：确定模块，用于基于所述Adams坐标系的第一方位信息确定所述基坐标系的第二方位信息；生成模块，用于在预定三维软件中基于所述第二方位信息生成所述基坐标系。

可选地，该机器人工作范围的获取置还包括：添加单元，用于在在所述基坐标系中建立所述机器人模型的多个轴中每个轴的旋转中心坐标系，并将所述基坐标系中所述机器人模型以及所述每个轴的旋转中心坐标系导入到机械系统动力学自动分析Adams系统中之后，在所述Adams系统中为所述机器人模型添加约束条件和驱动数据。

可选地，该机器人工作范围的获取置还包括：编程单元，用于在在所述Adams系统中对所述目标机器人进行运动仿真，得到所述目标机器人的工作范围之前，利用阶跃函数对所述每个轴进行编程，得到所述每个轴的控制指令，其中，所述阶跃函数的变量为时间。

可选地，所述第一获取单元，包括：控制模块，用于在所述机器人模型的每个轴转动范围内，从所述机器人模型的第一个轴开始，控制所述每个轴依次以各自的转动关节转动，直到最后一个轴；其中，所述控制模块，包括：控制子模块，用于控制所述每个轴的中的一个轴转动，再控制与其相邻的轴在自身的变化范围内从最小角度到最大角度变化，其中，所述每个轴在不同的时间运动不同的范围。

根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述计算机存储介质所在设备执行上述中任意一项所述的机器人工作范围的获取方法。

根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行计算机程序，其中，所述计算机程序运行时执行上述中任意一项所述的机器人工作范围的获取方法。

在本发明实施例中，采用生成机器人模型的基坐标系，其中，机器人模型对应的目标机器人为待进行工作范围绘制的机器人；在基坐标系中建立机器人模型的多个轴中每个轴的旋转中心坐标系，并将基坐标系中机器人模型以及每个轴的旋转中心坐标系导入到机械系统动力学自动分析Adams系统中；在Adams系统中对目标机器人进行运动仿真，得到目标机器人的工作范围，通过本发明实施例提供的机器人工作范围的获取方法，实现了在生成机器人模型的基坐标系之后，在基坐标系中建立机器人模型的多个轴中每个轴的旋转中心坐标系，以灵活地根据机器人模型的各个轴范围大小快速绘制机器人工作范围的目的，达到了提高简化机器人模型工作范围确定的流程的技术效果，也使得获取到的机器人的工作范围更加直观，便于查看，进而解决了相关技术中用于确定机器人的工作范围的方式比较繁琐，得到的结果不够直观的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据现有技术中的基于CAD绘制的机器人工作范围的示意图；

图2是根据本发明实施例的机器人工作范围的获取方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的可选的机器人工作范围的获取方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的基于CAD绘制的机器人工作范围的示意图；

图5是根据本发明实施例的机器人工作范围的获取置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，下面对本发明实施例中出现的名词或术语进行说明。

机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis Mechanical Systems,简称ADAMS)：是一种使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线的软件。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种机器人工作范围的获取方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图2是根据本发明实施例的机器人工作范围的获取方法的流程图，如图1所示，该机器人工作范围的获取方法包括如下步骤：

步骤S202，生成机器人模型的基坐标系，其中，机器人模型对应的目标机器人为待进行工作范围绘制的机器人。

可选的，在本发明实施例中可以在生成机器人模型之后，基于机器人模型生成机器人模型的基坐标系。

在一种可选的实施例中，在生成机器人模型的基坐标系之前，该机器人工作范围的获取方法还包括：获取目标机器人的结构特征参数；基于结构特征参数生成目标机器人对应的机器人模型。

在该实施例中，可以先获取目标机器人的结构特征参数，然后机器目标机器人的结构特征参数生成目标机器人对应的机器人模型。

在该实施例中，可以利用包括但不限于SolidWorks的三维软件建立机器人模型。

步骤S204，在基坐标系中建立机器人模型的多个轴中每个轴的旋转中心坐标系，并将基坐标系中机器人模型以及每个轴的旋转中心坐标系导入到机械系统动力学自动分析Adams系统中。

步骤S206，在Adams系统中对目标机器人进行运动仿真，得到目标机器人的工作范围。

由上可知，在本发明实施例中，可以生成机器人模型的基坐标系，其中，机器人模型对应的目标机器人为待进行工作范围绘制的机器人；然后在基坐标系中建立机器人模型的多个轴中每个轴的旋转中心坐标系，并将基坐标系中机器人模型以及每个轴的旋转中心坐标系导入到机械系统动力学自动分析Adams系统中；在Adams系统中对目标机器人进行运动仿真，得到目标机器人的工作范围，实现了在生成机器人模型的基坐标系之后，在基坐标系中建立机器人模型的多个轴中每个轴的旋转中心坐标系，以灵活地根据机器人模型的各个轴范围大小快速绘制机器人工作范围的目的，达到了提高简化机器人模型工作范围确定的流程的技术效果，也使得获取到的机器人的工作范围更加直观，便于查看。

因此，通过本发明实施例提供的机器人工作范围的获取方法，解决了相关技术中用于确定机器人的工作范围的方式比较繁琐，得到的结果不够直观的技术问题。

在一种可选的实施例中，在生成机器人模型的基坐标系之前，该机器人工作范围的获取方法还可以包括：确定机器人模型在Adams系统对应的Adams坐标系的第一方位信息。

在该实施例中，可以在生成机器人模型的基坐标系之前，确定机器人模型在Adams系统对应的Adams坐标系的方位信息，例如，坐标系的朝向等信息，以确保在预定三维软件中建立的基坐标系尽可能保证坐标轴方向和Adams坐标方向一致，以便于后续机器人模型处理。

在一种可选的实施例中，生成机器人模型的基坐标系，包括：基于Adams坐标系的第一方位信息确定基坐标系的第二方位信息；在预定三维软件中基于第二方位信息生成基坐标系。

在该实施例中，基于Adams坐标系的第一方位信息来确定机器人模型的基坐标系的第二方位信息，可以保证坐标轴方向和Adams坐标方向一致，以便于后续机器人模型处理。

在一种可选的实施例中，在在基坐标系中建立机器人模型的多个轴中每个轴的旋转中心坐标系，并将基坐标系中机器人模型以及每个轴的旋转中心坐标系导入到机械系统动力学自动分析Adams系统中之后，该机器人工作范围的获取方法还包括：在Adams系统中为机器人模型添加约束条件和驱动数据。

需要说明的是，在基坐标系中建立机器人模型的多个轴中每个轴的旋转中心坐标系，并将基坐标系中机器人模型以及每个轴的旋转中心坐标系导入到机械系统动力学自动分析Adams系统前，还需要在建立机器人模型的各个轴的旋转中心坐标系后，将机器人模型以及每个轴的旋转中心坐标系保存为Adams系统可识别的格式。

在该实施例中，在将基坐标系中机器人模型以及每个轴的旋转中心坐标系导入到机械系统动力学自动分析Adams系统中之后，还需要为机器人模型添加约束条件可驱动数据。

其中，上述约束条件可以是为机器人的各个轴添加旋转副，并其上添加驱动(即，各个轴的伺服电机的驱动力)。

在一种可选的实施例中，在在Adams系统中对目标机器人进行运动仿真，得到目标机器人的工作范围之前，该机器人工作范围的获取方法还包括：利用阶跃函数对每个轴进行编程，得到每个轴的控制指令，其中，阶跃函数的变量为时间。

需要说明的是，由于在绘制机器人的轨迹曲线时，对机器人的速度并无特殊要求，因此可以选择变量为时间time，在机器人的各个关节变量能够转动范围内，从第一个关节开始，依次以各自的转动关节进行转动，直到最后一个关节。

在该实施例中，针对机器人模型的各个轴需要编制相应程序，使得各个关节按顺序动作，并利用阶跃函数step(array，x0，h0，x1，h1)进行编程，该语句表示从x0时的h0值跳到x1时的h1值，中间可以选择用array进行插值。其中，x1和x2分别表示不同的时刻，h1和h2分别表示机器人模型的各个轴的角度，通过x1到x2时间段内的角度可以确定机器人模型的各个轴的角度变化。

在一种可选的实施例中，在Adams系统中对目标机器人进行运动仿真，得到目标机器人的工作范围，包括：在机器人模型的每个轴转动范围内，从机器人模型的第一个轴开始，控制每个轴依次以各自的转动关节转动，直到最后一个轴；其中，控制每个轴依次以各自的转动关节转动，包括：控制每个轴的中的一个轴转动，再控制与其相邻的轴在自身的变化范围内从最小角度到最大角度变化，其中，每个轴在不同的时间运动不同的范围。

在该实施例中，在机器人模型的各个轴变化的过程中，可以使最后的关节优先运动；具体地，可以先规定一个关节转动，再让其下一个关节在自身的变化范围内从最小角到最大角度变化，在不同时间要求各个关节运动不同的范围，最终求得机器人运动范围。

需要说明的是，在本发明实施例中，完成一整个周期动作，运行过程仿真运算后，Adams系统中各个构件的运动关系已经确定，因此一个构件上的一点相对于另一个构件的轨迹就可以计算出来；机器人的工作范围一般指手腕中心处的运动范围，因此，选择需要绘制的点相对于大地的轨迹曲线，即可显示机器人的工作范围；最后导出线条图并完善尺寸，即可得到机器人工作范围。

图3是根据本发明实施例的可选的机器人工作范围的获取方法的流程图，如图3所示，首先可以在三维软件中建立基坐标系，各个轴旋转中心的坐标系；导出可供Adams系统识别的机器人模型格式；新建Adams文件并将导入机器人模型；为机器人模型添加约束、底座固定，其余旋转、为各个轴添加驱动；对需要运动的轴的驱动编写驱动程序；仿真结构后建立轨迹曲线；确认轨迹曲线是否正确；若是，结束；反之返回对需要运动的各个轴的驱动编写驱动程序。图4是根据本发明实施例的基于CAD绘制的机器人工作范围的示意图，如图4所示，相比图1所示的线条比较清晰，也使得机器人工作范围比较直观地看出来。

通过本发明实施例提供的机器人工作范围的获取方法，可以应用于各轴机器人相互独立的工作范围绘制，有效解决了CAD绘制线条杂乱、易出错的问题，且通过更改程序中的运动角度，可以随时根据需要计算出不同的运动角度下机器人的整体工作范围，简单快速，并可灵活根据各轴范围大小快速更改并绘制机器人工作范围。

因此，在本发明提供的机器人工作范围的获取方法，通过采用Adams编程，使得运动部件按照需求准确地绘制出工作范围，并且可根据实际需要进行调整。

实施例2

根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种机器人工作范围的获取置，图5是根据本发明实施例的机器人工作范围的获取置的示意图，如图5所示，该机器人工作范围的获取置包括：第一生成单元51，导入单元53以及第一获取单元55。下面对该机器人工作范围的获取装置进行说明。

第一生成单元51，用于生成机器人模型的基坐标系，其中，机器人模型对应的目标机器人为待进行工作范围绘制的机器人。

导入单元53，用于在基坐标系中建立机器人模型的多个轴中每个轴的旋转中心坐标系，并将基坐标系中机器人模型以及每个轴的旋转中心坐标系导入到机械系统动力学自动分析Adams系统中。

第一获取单元55，用于在Adams系统中对目标机器人进行运动仿真，得到目标机器人的工作范围。

此处需要说明的是，上述第一生成单元51，导入单元53以及第一获取单元55对应于实施例1中的步骤S202至S206，上述单元与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述单元作为装置的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

由上可知，在本申请上述实施例中，可以利用第一生成单元生成机器人模型的基坐标系，其中，机器人模型对应的目标机器人为待进行工作范围绘制的机器人；然后利用导入单元在基坐标系中建立机器人模型的多个轴中每个轴的旋转中心坐标系，并将基坐标系中机器人模型以及每个轴的旋转中心坐标系导入到机械系统动力学自动分析Adams系统中；以及利用第一获取单元在Adams系统中对目标机器人进行运动仿真，得到目标机器人的工作范围。通过本发明实施例提供的机器人工作范围的获取装置，实现了在生成机器人模型的基坐标系之后，在基坐标系中建立机器人模型的多个轴中每个轴的旋转中心坐标系，以灵活地根据机器人模型的各个轴范围大小快速绘制机器人工作范围的目的，达到了提高简化机器人模型工作范围确定的流程的技术效果，也使得获取到的机器人的工作范围更加直观，便于查看，进而解决了相关技术中用于确定机器人的工作范围的方式比较繁琐，得到的结果不够直观的技术问题。

在一种可选的实施例中，该机器人工作范围的获取置还包括：第二获取单元，用于在生成机器人模型的基坐标系之前，获取目标机器人的结构特征参数；第二生成单元，用于基于结构特征参数生成目标机器人对应的机器人模型。

在一种可选的实施例中，该机器人工作范围的获取置还包括：确定单元，用于在生成机器人模型的基坐标系之前，确定机器人模型在Adams系统对应的Adams坐标系的第一方位信息。

在一种可选的实施例中，第一生成单元，包括：确定模块，用于基于Adams坐标系的第一方位信息确定基坐标系的第二方位信息；生成模块，用于在预定三维软件中基于第二方位信息生成基坐标系。

在一种可选的实施例中，该机器人工作范围的获取置还包括：添加单元，用于在在基坐标系中建立机器人模型的多个轴中每个轴的旋转中心坐标系，并将基坐标系中机器人模型以及每个轴的旋转中心坐标系导入到机械系统动力学自动分析Adams系统中之后，在Adams系统中为机器人模型添加约束条件和驱动数据。

在一种可选的实施例中，该机器人工作范围的获取置还包括：编程单元，用于在在Adams系统中对目标机器人进行运动仿真，得到目标机器人的工作范围之前，利用阶跃函数对每个轴进行编程，得到每个轴的控制指令，其中，阶跃函数的变量为时间。

在一种可选的实施例中，第一获取单元，包括：控制模块，用于在机器人模型的每个轴转动范围内，从机器人模型的第一个轴开始，控制每个轴依次以各自的转动关节转动，直到最后一个轴；其中，控制模块，包括：控制子模块，用于控制每个轴的中的一个轴转动，再控制与其相邻的轴在自身的变化范围内从最小角度到最大角度变化，其中，每个轴在不同的时间运动不同的范围。

实施例3

根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序被处理器运行时控制计算机存储介质所在设备执行上述中任意一项的机器人工作范围的获取方法。

实施例4

根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行计算机程序，其中，计算机程序运行时执行上述中任意一项的机器人工作范围的获取方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为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单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。