[发明专利]一种机械臂的轨迹规划方法

说明书

本发明属于机器人控制相关技术领域，并公开了一种机械臂的轨迹规划方法，包括：对机械臂获取包括其末端初始和终点位姿、预定轨迹、初始关节向量和终点关节向量等参数；在预定轨迹上选择一系列的特征点，并标记当前特征点位姿、当前关节向量、下一个特征点位姿和下一特征点关节向量；将下一个特征点关节向量与当前特征点关节向量执行计算，并依照计算结果来执行关节空间轨迹规划处理和规划子算法处理，由此获得更为优化的轨迹规划；对其余特征点依照上述流程予以循环处理，直至机械臂的末端到达终点位姿为止。通过本发明，能够大大减少总体计算量、减少计算误差，同时显著提高轨迹规划的效率。

技术领域

本发明属于机器人控制相关技术领域，更具体地，涉及一种机械臂的轨迹规划方法。

背景技术

工业机器人作业主要包括两种，即点位作业和连续路径作业。在操作之前规划好机器人的运动轨迹属于该领域的顶层设计。目前就工业机器人的各类轨迹规划方式而言，通常可在关节空间或笛卡尔空间内实施。其中前者计算简单，但是机器人末端轨迹不可控，因而在实践中特别是要求末端具有明确轨迹的场合下，越来越多地采用了后者。

然而，虽然笛卡尔空间内实施可使机器人末端轨迹误差较小，但是计算量往往很大，且需要在速度环和加速度环对机器人进行控制。更具体来说，一方面，这种轨迹规划方法的计算复杂，在小型机械臂的规划上代价大，效率偏低；另一方面，一些机械臂关节的速度和加速度控制在实际工况中具有很大的困难，如舵机在控制周期内先是全速运行，到达控制位置后停止并等待下一控制周期控制指令，进而导致笛卡尔空间轨迹规划效果及精度较差。相应地，本领域亟需寻找更为完善的解决方案，以便更好地满足日益增长的实际需求。

发明内容

针对现有技术的以上不足或改进需求，本发明提供了一种机械臂的轨迹规划方法，其中通过结合机械臂自身结构及实际作业的特点，并构建特定算法来研究改进其轨迹规划的具体操作过程，测试表明可确保改善控制精度，并大大减少总体计算量、减少计算误差，同时显著提高轨迹规划的效率，因而尤其适用于譬如六轴机械臂之类的小型机械臂高精度轨迹规划应用场合。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种驱动机械臂的轨迹规划方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(1)针对作为规划对象的机械臂，获取包括与它的末端相关的多个参数，包括初始位姿，终点位姿和预定轨迹；然后计算获得对应的初始关节向量和终点关节向量；

(2)在所述预定轨迹上选择一系列的特征点，并将机械臂末端的当前特征点位姿记为Y_i，对应的关节向量记计为O_i，下一个特征点位姿记为Y_i+1，对应的下一特征点关节向量计为O_i+1，其中i＝1,2,3,…且表示各特征点的次序编号；

(3)计算ΔO＝O_i+1-O_i；

(4)依照步骤(3)的计算结果，执行以下子步骤：

(41)当ΔO中绝对值最大的元素小于或等于预设的第一阈值b₀时，首先对O_i和O_i+1两者之间的运行段执行第一插值操作，由此获得多个中间关节向量O_i1,O_i2,…,O_iy，其中y表示第一插值操作过程中插值点的总数量；接着，依照所获得的多个中间关节向量O_i1,O_i2,…,O_iy，使机械臂运行至下一特征点，然后转入步骤(5)；当ΔO中绝对值最大的元素大于预设的第一阈值b₀时，直接转入步骤(42)；