(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 202210465927.7 (22)申请日 2022.04.29 (71)申请人 南京工程学院 地址 211167 江苏省南京市江宁区科 学园 弘景大道1号 (72)发明人 徐天　刘汉忠　唐鹏　王旭　 马永昊　 (74)专利代理 机构 南京钟山专利代理有限公司 32252 专利代理师 张力 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) G06F 3/04847(2022.01) G06F 17/16(2006.01) (54)发明名称 一种工业机器人轨迹规划原理展示装置及 方法 (57)摘要 本发明涉及工业机器人技术领域， 尤其涉及 一种工业机器人轨迹规划原理展示装置及方法， 包括由计算机一、 计算机二和真实工业机器人组 成的装置， 所述计算机一显示基于Unity开发的 虚拟工业机器人， 所述计算机二安装Ubantu实时 系统并运行Et herCAT的I GH主站及基于QT开发的 机器人控制软件， 所述计算机二通过Et herCAT网 络接口实时控制真实工业机器人， 所述计算机二 通过另一路以太网接口实现对虚拟工业机器人 的数据驱动控制， 所述装置具有虚拟运行模式和 虚实同步运行模式， 用户可以导入自己计算的轨 迹插补数据， 与系统自有算法的插补数据进行比 较， 从而验证用户插补算法的准确性。 本发明提 供了一种能够帮助学习和研究人员 快速理解工 业机器人轨迹规划原理及过程的装置及方法。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 114888796 A 2022.08.12 CN 114888796 A 1.一种工业机器人轨迹规划 原理展示装置， 其特征在于， 包括由计算机一、 计算机二和 真实工业机器人 组成的展示装置， 所述计算机一显示基于Unity开 发的虚拟工业机器人， 所 述计算机二安装Ubantu实时系统并运行EtherCAT的IGH主站及基于QT开发的机器人控制软 件， 所述计算机二通过一路EtherCAT网络接口实时控制真实工业机器人， 所述计算机二通 过一路以太网接口实现对虚拟工业机器人的数据驱动控制， 所述展示装置具有虚拟运行模 式和虚实同步运行模式， 在虚拟运行模式下， 计算机二上 的机器人控制软件单独驱动控制 计算机一上 的虚拟工业机器人， 在虚实同步运行模式下， 通过计算机二分别驱动计算机一 上的虚拟工业机器人和真实工业机器人同步 运行。 2.根据权利要求1所述的一种工业机器人轨迹规划原 理展示装置， 其特征在于， 所述计 算二具有演示性的控制界面， 用户可以通过手动控制， 分别在空间坐标系 下以及关节坐标 系下进行点动运行。 3.一种如权利要求1～2任一项所述的工业机器人轨迹规划 原理展示装置的展示方法， 其特征在于， 包括以下步骤： S1： 搭建虚拟仿真平台； S2： 进行参数配置， 创建网络连接； S3： 依据虚拟工业机器人的连杆坐标系、 连杆参数和各关节DH参数， 进行运动学正解和 运行学逆解； S4： 机器人控制软件展示空间点到点关节运动插补原理(MOVJ)， 通过输入起点、 终点， 利用三次样条插值进行关节运动插补； S5： 在机器人控制软件展示空间直线轨迹规划插补原理(MOVL)和空间圆弧轨迹规划插 补原理(MOVC)， 通过输入起始点、 中间点与终止点， 设置插补周期、 插补速度、 加减速方式， 进行连续轨迹运动插补。 S6： 通过机器人控制软件分别导入用户根据插补原理计算得到的关节插补数据、 直线 插补数据、 圆弧插补数据， 机器人控制软件将用户插补轨迹与系统自有算法插补轨迹进行 比较， 验证用户的插补算法正确性及精确性。 S7： 连接真实机器人， 在虚实同步控制模式下， 进一步观察、 验证插补算法正确性及精 确性。 4.根据权利要求3所述的一种工业机器人轨迹规划原理展示装置的展示方法， 其特征 在于， 所述S1中， 首先在计算机二上安装Linux下的Ubantu实时系统并建立EtherCAT的IGH 主站， 将机器人模型导入计算机一基于Unity开发的软件中， 设置机器人运动约束， 和实际 控制参数绑定； 计算机一和计算机二之间通过以太网实现数据的传输； 计算机二通过 EtherCAT的IGH主站实时控制真实工业机器人运动。 5.根据权利要求3所述的一种工业机器人轨迹规划原理展示装置的展示方法， 其特征 在于， 所述S3中， 运动学正解的计算方法： 虚拟工业机器人从关节1到关节6进行坐标变换， 结果就是末端的位置坐标； 运动学逆解的计算方法： 根据末端位姿解算出关节角， 这里的算 法为首先求解虚拟工业机器人末端旋转变换矩阵， 接着利用解析法求解6个关节值， 求出8 组解； 并通过判断筛选各关节角范围内的解， 设置末端 执行器空间坐标系下的位姿， 利用虚 拟工业机器人逆解 算出关节角。 6.根据权利要求3所述的一种工业机器人轨迹规划原理展示装置的展示方法， 其特征权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114888796 A 2在于， 所述S4中， 点到点关节运动插补模式是首先利用逆运动学得到目标位姿的各个关节 角， 然后在关节坐标系下， 各关节采用三次样条插值方法实时计算得到每 个时刻关节角。 7.根据权利要求3所述的一种工业机器人轨迹规划原理展示装置的展示方法， 其特征 在于， 所述S5中， 空间直线和空间圆弧连续轨迹插补模式是首先在笛卡尔坐标系 下根据插 补周期、 插补速度、 加减速方式计算得到各插补点位姿， 然后根据逆运动学实时计算得到各 关节角。 8.根据权利要求3所述的一种工业机器人轨迹规划原理展示装置的展示方法， 其特征 在于， 可以通过机器人控制软件导入用户计算的插补数据， 与系统自有算法插补轨迹进行 比较， 验证用户的插补算法正确性及精确性， 还可以通过连接 真实机器人， 通过虚实同步控 制， 进一步验证用户的插补算法正确性及精确性。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114888796 A 3