[发明专利]机器人运动轨迹规划方法及相关装置

说明书

本方案涉及运动控制领域，尤其涉及机器人运动轨迹规划技术。在一种机器人运动轨迹规划方法中，根据第一CP运动轨迹段和第二CP运动轨迹段确定n次Bezier曲线的特征点，n不小于4(401)；根据上述特征点构建n次Bezier曲线，作为第一CP运动轨迹段和第二CP运动轨迹段之间的平滑过渡轨迹段(402)。由于采用n次Bezier曲线作为两CP运动轨迹段之间的平滑过渡轨迹段，该平滑过渡轨迹段在其起始点与第一CP运动轨迹段相切且曲率相同，同时在其终止点与第二CP运动轨迹段相切且曲率相同，从而可实现连续CP运动的平滑转接，同时，速度不必降为0，并且，加速度不跳变。

技术领域

本发明涉及运动控制领域，更具体地说，涉及机器人运动轨迹规划技术。

背景技术

在对机器人运动控制中，被控部件(例如操作臂)的轨迹运动方式可分为CP运动(连续运行，包括直线运动和圆弧运动)和PTP运动(点到点运动)。

在对机器人进行运动轨迹规划时，可能需要多段CP运动连续进行。以两段CP运动连续进行为例，请参见图1a，CP运动轨迹段1(也可称为轨迹段1)和CP运动轨迹段2(也可称为轨迹段2)可分别为直线段，此外，还可圆弧段与圆弧段(图1b)、圆弧段与直线段(图1c和图1d)连续进行。

在单段CP运动的规划中，其初速度和末速度都为0，如果在多段CP连续运动的过程中令每段CP运动的初始速度和末速度都降为0，会大大降低工作效率，并且频繁的加减速也会对电机和减速器的寿命有影响。因此，运动轨迹规则的趋势是不令多段CP连续运动中的各段CP运动的速度降为零。

这就面临另一问题：仍请参见图1a，若连续的直线段不在同一直线上，就会有尖角。尖角的顶点为O(O点是两轨迹段的交点)。同理，请参见图1b，若连续的两圆弧段切线不重合，也会有尖角。同理，若直线段与的圆弧段的切线不重合(请参见图1c和图1d)，也会有尖角。速度不为0通过尖角的话，会产生振动。

为此，可在连续的两CP运动轨迹段之间设计平滑过渡轨迹段。例如，请参见图2，可采用矢量叠加法得到平滑过渡轨迹段。这种方式通过空间向量加法，令图2中轨迹段1从拐出点A到交点O的插补点，与轨迹段2从拐入点B到交点O的插补点重合。叠加后的插补点会组成空间的一段弧形(也即图2中点A与点B之间的弧形)，使轨迹平滑。

也即，最终规划出的运行轨迹是，由C点运行至A点，之后拐出轨迹段1，进入点A和点B之间的平滑过渡轨迹段，再由点B拐入轨迹段2，最后到达D。

当然，对于超过两段CP运动的连续运动，可分别对两两连续的CP运动轨迹段进行如此设计。

矢量叠加法虽然对前后相连的CP运动进行了平滑，但在实际应用中，如图1a-1d所示，有直线段与直线段转接、直线段与圆弧段转接、圆弧段与圆弧段转接。矢量叠加法虽可用圆弧替代尖角，但其仅在直线段与直线段转接的场景下肯定适用，在直线段与圆弧段转接、圆弧段与圆弧段的转接中可能无法找到与两条轨迹都相切的圆弧。这是因为空间中相交的直线段与直线段是肯定共面的，但是直线段与圆弧段、圆弧段与圆弧段都不一定共面，在不共面的情况下就无法找出公切的圆弧转接。

因此，现在需要机器人运动轨迹规划技术解决方案，以令无论连续的运动轨迹段是否共面均能进行平滑转接，并在拐点处(拐入点和拐出点)速度连续(也即速度不必降为0)。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供机器人运动轨迹规划方法及相关装置，以令连续的CP运动平滑转接，同时，速度不必降为0。

本申请发明人在研究过程中发现：

Bezier曲线由线段和节点组成的数学曲线。其整体形状并不局限于圆弧，可实现非共面的轨迹平滑，从而可应用在机器人运动轨迹规划方面。