[发明专利]一种机器人笛卡尔空间平滑轨迹的规划方法

说明书

本发明公开了一种机器人笛卡尔空间平滑轨迹的规划方法，其过程如下：对空间直线、圆弧等单段轨迹的位置和姿态进行规划；对路经进行过渡平滑规划，采用过渡等级控制路经过渡区域的大小，在过渡区域内的路经采用抛物线进行拟合，姿态采用四元数法进行拟合；采用含加速度、加加速度约束的摆线加减速规划方法对空间路径轨迹进行规划，得到平滑的机器人空间位姿轨迹。该方法能够有效解决机器人轨迹停顿、不流畅、抖动、偏离路径、超速等问题，提升机器人运动的平稳性。本发明所涉及的平滑轨迹规划方法具有一定的柔性，既能规划笛卡尔空间的位姿，又能够适用于多种机器人构型，包含常见的6自由度垂直关节机械臂、少自由度机器人及冗余度机器人。

技术领域

本发明涉及具有空间运动特征的机器人技术领域，尤其涉及一种机器人笛卡尔空间平滑轨迹的规划方法。

背景技术

机器人笛卡儿空间运动路径多采用直线、圆弧，为提升机器人的执行效率和平稳性，要求路径段具有平滑过渡的特征，即在轨迹运动过程中，不减速或不停止。

目前，轨迹过渡规划的研究中，多采用圆弧、高次曲线来构造过渡段路径。其中圆弧过渡路径应用最为广泛，在相邻两段直线之间具有很好的效果，但对于空间直线与圆弧、空间圆弧与圆弧之间则存在着加速度不连续的情况；采用高次曲线，特别是五次多项式，其过渡路径非常平滑，但是存在着路径随着速度、加速度参数的改变而改变的特征，存在着路径不可控的缺点；中国发明专利“一种工业机器人应用的过渡轨迹规划方法”(申请号201610075346.7)，采用两段抛物线作为过渡路径，以位置规划为主，姿态规划为辅，即可保证路径的平滑性，又能保证速度、加速度的连续性，但是在路径段位置距离过短、姿态变化大等情况下，机器人运动性能还有很大的提升空间。

目前机器人姿态多表示为欧拉角或姿态矩阵，但欧拉角不具有向量的性质，而姿态矩阵插值比较困难。因此，如何提供一种简单高效的机器人笛卡尔空间平滑轨迹规划方法，以进一步提升机器人运动性能是很有必要的。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种机器人笛卡尔空间平滑轨迹的规划方法，对以直线、圆弧为主的机器人空间轨迹进行平滑规划，以解决机器人轨迹停顿、不流畅、抖动、偏离路径、超速等问题，进一步提升机器人运动的效率和平稳性。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种机器人笛卡尔空间平滑轨迹的规划方法，包括摆线加减速规划方法、空间任意两点位置过渡路径规划方法以及空间任意两点姿态过渡路经规划方法，其中

所述摆线加减速规划方法，其过程分为加速、匀速和减速三个阶段，加速阶段和减速阶段的轨迹形状为正则摆线，具体包括如下步骤：

S11、已知路径长度l、初始速度v_s、期望速度v、期望末速度v_e、关节最大速度和关节最大加速度计算该路径速度、加速度最大值v_m、a_m；

S12、若期望末速度v_e不能到达，需要重新规划期望速度v＝v_e，加速度、匀速段和减速段的运动时间分别为t₁＝|v-v_s|/a_m、t₂＝0、t₃＝|v-v_e|/a_m；

S13、若期望末速度v_e能够到达，进而判断期望速度v能否到达；若期望速度速度v不能到达，需重重新规划期望速度轨迹不含匀速段，即匀速段的运动时间t₂＝0；若期望速度速度v能够到达，匀速段的运动时间

S14、计算机器人运动轨迹，完成摆线加减速规划；