[发明专利]一种针对机器人圆弧轨迹运动的位姿同步方法和装置

权利要求书

1.一种针对机器人圆弧轨迹运动的位姿同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.分别采集机器人圆弧轨迹运动的起始点、中间点和末端点的位姿数据；所述起始点、中间点和末端点为机器人工作空间中任意三个不共线的点；所述位姿数据包括位置坐标和欧拉角姿态；

S2.分别计算起始点、中间点和末端点的欧拉角姿态对应的四元数；

S3.以起始点、中间点和末端点作为控制点，根据其对应的四元数，建立四元数姿态样条曲线；

S4.对起始点、中间点和末端点所在圆弧进行速度规划，从而获得各插补节点；所述各插补节点分别对应各自的插补周期；

S5.将各插补节点代入四元数姿态样条曲线，分别计算得到各个插补周期对应的四元数姿态；

S6.将各四元数姿态分别转换成对应的欧拉角姿态；

S7.将各欧拉角姿态分别与同一插补周期中对应的位置坐标进行合成，从而得到合成位姿；

S8.根据合成位姿，计算机器人各关节在各个插补周期中对应的角度增量；所述角度增量用于控制机器人各关节。

2.根据权利要求1所述的一种针对机器人圆弧轨迹运动的位姿同步方法，其特征在于，所述步骤S2中，使用下式计算四元数：

式中，q为四元数，(A,B,C)为欧拉角姿态。

3.根据权利要求1所述的一种针对机器人圆弧轨迹运动的位姿同步方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述控制点还包括起始点对应的重节点和末端点对应的重节点。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种针对机器人圆弧轨迹运动的位姿同步方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

S41.使用完全的七段S形加减速控制模型，针对起始点、中间点和末端点所在圆弧进行速度控制，从而计算对所述圆弧进行插补所需的总时间，以及所述速度控制从起始点运动到中间点所需的时间；

S42.对所述圆弧进行插补所需的总时间以及所述速度控制从起始点运动到中间点所需的时间分别进行取整操作，从而计算得到速度控制过程中各个插补周期对应的位移；

S43.根据各个插补周期对应的位移，计算在圆弧上对应圆心角随时间的变化；

S44.将圆心角随时间的变化代入所述圆弧对应的方程，从而求得各插补周期中插补节点的位置坐标。

5.根据权利要求4所述的一种针对机器人圆弧轨迹运动的位姿同步方法，其特征在于，所述圆弧对应的方程通过以下步骤求得：

根据起始点、中间点和末端点的位置坐标，分别计算由起始点、中间点和末端点所确定的平面的方程，以及过起始点和中间点连线中点且与连线垂直的平面的方程，以及过中间点和末端点连线中点且与连线垂直的平面的方程；

联立上述三个方程，计算圆弧所在圆的圆心位置坐标和半径；

根据圆心位置坐标和半径，得到圆弧对应的方程。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种针对机器人圆弧轨迹运动的位姿同步方法，其特征在于，所述四元数姿态样条曲线所对应的方程为：式中，q_i为四元数姿态样条曲线的控制点，为累积的四次样条基函数，i为序号。

7.根据权利要求6所述的一种针对机器人圆弧轨迹运动的位姿同步方法，其特征在于，所述四次样条基函数的调配函数为：

8.根据权利要求1-3任一项所述的一种针对机器人圆弧轨迹运动的位姿同步方法，其特征在于，所述步骤S6中，使用的公式为：

式中，(q_w,q_x,q_y,q_z)为四元数各组成部分，(A_t,B_t,C_t)为对应的欧拉角姿态。

9.一种针对机器人操作空间的时间最优轨迹规划装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储至少一个程序；

处理器，用于加载所述至少一个程序以执行权利要求1-8任一项所述一种针对机器人圆弧轨迹运动的位姿同步方法。