[发明专利]一种综合时间能量跃度的工业机器人轨迹生成方法及系统

说明书

本发明公开了一种综合时间能量跃度的工业机器人轨迹生成方法及系统，其中，所述方法包括以下步骤：S1、将工业机器人的动力学模型进行简化后，获取简化的动力学模型；S2、结合简化后的动力学模型和预设的优化目标获取优化目标函数；S3、将优化目标函数进行离散处理，并转化为标准二阶锥模型；S4、通过优化工具对标准二阶锥模型进行优化，从而得到工业机器人轨迹。本发明对动力学模型进行简化，降低轨迹优化的计算量，将时间、能量和跃度作为优化目标，避免机器人运行时跃度过大产生振动，提高了机器人运行的质量，延长了机器人的使用寿命，可广泛应用于工业机器人的轨迹规划领域。

技术领域

本发明涉及工业机器人的轨迹规划领域，尤其涉及一种综合时间能量跃度的工业机器人轨迹生成方法及系统。

背景技术

随着工业机器人的迅速发展，提高机器人运行速度、减少耗能、提升运行平稳性，成为机器人的核心技术。机器人轨迹规划可分为两步：路径规划、速度规划。路径规划是指：在空间中用几何图形来表示机器人末端的运行路径，机器人常用的路径有直线、圆弧、自由曲线及其各种组合，通常使用归一化路径参数与机器人各关节角度的函数来表示末端运行路径。速度规划是指：在一定的约束条件下，例如关节速度、加速度、电机输出力矩等，按照一定规律生成路径参数与时间的对应序列。

路径规划方法比较固定成熟，为提高机器人的运行性能，需要设计合理的速度规划方法。常用的速度规划方法为梯形加减速、S型加减速等，上述方法在一定约束下虽然能保证运行速度(甚至加速度)的连续平滑，但无法充分发挥机器人的性能，且存在跃度(Jerk)过大问题。

目前最优轨迹规划一般为“时间最优”，即设计合适的速度规划器，使得沿路径运行总时间最少，常用的方法有：离线动态规划法、离线凸优化法、在线数值积分法；也有学者将“时间最优”与“能量最优”结合考虑，最常使用的方法为动态规划法，但该方法优化效率低下问题。

机器人实际运行时的跃度过大不仅会导致振动，而且过大的冲击会减少本体使用寿命，因此还需抑制运行时的关节跃度。所以，设计一套综合时间能量跃度优化的轨迹规划方法非常有必要，但目前尚没有一种路径规划方法能够综合优化时间能量跃度。

名词解释：

工具箱YALMIP：为Matlab软件中的一种工具箱。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种综合时间、能量和跃度最优的工业机器人轨迹生成方法。

本发明的另一目的是提供一种综合时间、能量和跃度最优的工业机器人轨迹生成系统。

本发明所采用的技术方案是：

一种综合时间能量跃度的工业机器人轨迹生成方法，包括以下步骤：

S1、将工业机器人的动力学模型进行简化后，获取简化的动力学模型；

S2、结合简化后的动力学模型和预设的优化目标获取优化目标函数；

S3、将优化目标函数进行离散处理，并转化为标准二阶锥模型；

S4、通过优化工具对标准二阶锥模型进行优化，从而得到工业机器人轨迹。

进一步，所述工业机器人为6轴工业机器人，所述步骤S1，具体包括以下步骤：

根据牛顿欧拉法建立工业机器人的6轴动力学模型后，获取6轴动力学参数；

将工业机器人的后3轴作为工业机器人的第3轴的负载，并将6轴动力学模型简化为3轴动力学模型；

对3轴动力学模型进行参数辨识后，获取3轴动力学参数；

结合6轴动力学参数和3轴动力学参数获取预设形式的动力学模型的参数矩阵，从而得到简化后的动力学模型；