[发明专利]一种串联机构轨迹规划方法

说明书

本发明提供一种串联机构轨迹规划的方法，所述方法通过分段高阶多项式插值法计算串联机构的各机构关节角、角速度和角加速度的变化规律，并对超出加速度约束值的轨迹段的连杆进行加速度约束，获得多项式最高阶次数，得到修正后的轨迹规划结果，在工作过程中，串联机构各关节的力矩会急剧增大，对结构损害非常大，在进行多项式轨迹规划时，对该段轨迹内，通过对角加速度约束在规定范围内，进而反求出该段轨迹多项式的最高阶的次数，完成该段轨迹多项式二次规划，保证串联机构各关节能够平稳的进行工作。

技术领域

本发明属于串联机构自动化作业规划技术领域，具体涉及一种串联机构轨迹规划的方法。

背景技术

随着工业水平的发展，机器人自动化作业日益广泛，如各类工业机器人、工程机械机器人、生活中应用的机器人，为了精确完成机器人的工作任务，其中轨迹规划是一项非常重要的工作，它能够保证各串联机构能够以合理的位置点，速度，加速度来完成它的工作任务。在串联机构轨迹规划的方法中，有许多国内外学者提出了许多种方法，主要有不同条件下的分段多项式轨迹规划方法如3-5-3、4-3-4、3-3-3···5等多种多项式插值法，5次和7次多项式插值法，3次和5次NURBS曲线插值法，外国学者Lin和Luh等人提出了规划机器人连续运动轨迹的三次样条函数方法，以及过渡段抛物线插值法，以上方法均可以实现串联机构自动化作业过程中的轨迹规划任务，但是许多规划方法存在一定的缺点。

在自动化作业串联机构的规划中，其中避免各机构有较大的振动冲击、较大的力变化，防止结构损坏，是非常重要的，为了解决这个问题，在关节空间采用分段高阶多项式插值法进行轨迹规划研究，得到各关节位置、速度、加速度变化规律，通过加速度最大值约束来确定多项式最高项的次数，得到合理的轨迹多项式，很好的避免了串联机构在自动化作业中由于振动、冲击强度过大而导致结构损坏。

发明内容

为了解决上述串联机构在自动化作业中由于振动、冲击强度过大而导致结构损坏的问题，本发明提供一种串联机构轨迹规划的方法，所述方法通过分段高阶多项式插值法计算串联机构的各机构关节角、角速度和角加速度的变化规律，并对超出加速度约束值的轨迹段的连杆进行加速度约束，获得多项式最高阶次数，得到修正后的轨迹规划结果；

进一步地，所述方法包括：

S1：规划串联机构轨迹曲线；

S2：在关节空间进行轨迹规划；

S3：轨迹规划仿真；

S4：通过加速度约束确定多项式最高项；

S5：仿真验证确定轨迹规划多项式；

进一步地，所述S1具体为：在串联机构工作过程中，结合机构结构参数，设定其工作任务，规定工作路径中关键点，通过空间样条插值来得到平滑的路径曲线；

进一步地，所述S2具体为：在关节空间进行轨迹规划时，采用分段高阶多项式进行关节空间轨迹规划，从而得到各关节动态变化规律，得到各关节角、角速度、角加速度变化规律，所述分段高阶多项式为3-3-5-3-3五段式：

引入无量纲时间变量t∈[0,1]，定义变量其中τ∈[τ_i-1,τ_i]为各段轨迹末端的实际时间；τ_i-1为第i段轨迹起始时间；τ_i第i段轨迹末端的实际时间；t_i为第i段轨迹所需要的时间；机器人关节j(j＝1,2,3)的轨迹由多项式序列h_i(t)(i＝1,2,3,4,5)组成；

令串联机构任意一关节五段轨迹多项式表达式如下：

对轨迹多项式中实际时间变量τ求一阶导数得到各关节速度：