[发明专利]一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法

权利要求书

1.一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法，用于为机器人搬运拾捡作业规划跳跃运动轨迹，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)给定笛卡尔空间中跳跃运动的起点和终点，根据具体拾捡应用的要求设定跳跃的竖直段高度、弯角高度；

2)根据跳跃的竖直段高度、弯角高度计算总跳跃高度，由总跳跃高度获取用于规划跳跃运动路径的两个辅助点；

3)根据机器人性能分别设定三段运动轨迹的限制速度、限制加速度和限制加加速度，分别获取三段运动轨迹的关键点及关键点的运动参量，所述的三段运动轨迹依次为起跳向上运动、水平跨越运动和降落向下运动；

4)根据步骤1)中获取的竖直段高度、弯角高度，计算第一段运动轨迹与第二段运动轨迹融合的时间点以及第二段运动轨迹与第三段运动轨迹融合的时间点；

5)结合三段运动轨迹的关键点的运动参量以及轨迹融合的时间点，规划完整的跳跃运动轨迹；

所述的两个辅助点包括第一辅助点和第二辅助点，所述的第一辅助点为第一段运动轨迹的终点，同为第二段运动轨迹的起点，所述的第二辅助点为第二段运动轨迹的终点，同为第三段运动轨迹的起点，每一段运动轨迹采用七个分段函数插补而成，七个分段函数的相关系数由关键点的运动参量获取，每一段运动轨迹的关键点为七个分段函数的八处时间点，八处时间点由每一段运动轨迹的限制速度、限制加速度和限制加加速度确定，八处时间点包括每一段运动轨迹的起点、终点对应的时间点；

所述步骤4)中，第一段运动轨迹与第二段运动轨迹融合的时间点的获取包括以下步骤：

A1)根据步骤1)中所指定的竖直端高度和弯角高度，获取总高度，从而规划和计算出第一段运动轨迹的运动总用时，即所述的八处时间点中的终点对应的时间点，根据弯角高度，计算其所对应的运动用时；

A2)获取第二段运动轨迹的运动总用时；

A3)将步骤A2)中第二段运动轨迹的运动总用时的一半与步骤A1)中弯角高度所对应的运动用时做比较，取二者之小；

A4)将步骤A1)中所计算的第一段运动轨迹的运动总用时减去步骤A3)中的比较结果，获取第一段运动轨迹与第二段运动轨迹融合的起始时间点，即触发第二段运动轨迹开始运动的时间点；

所述步骤4)中，第二段运动轨迹与第三段运动轨迹融合的时间点的获取包括以下步骤：

B1)根据步骤1)中所指定的竖直端高度和弯角高度，获取总高度，从而规划和计算出第二段运动轨迹的运动总用时，即所述的八处时间点中的终点对应的时间点，根据弯角高度，获取弯角高度所对应的运动用时；

B2)获取第三段运动轨迹的运动总用时；

B3)将步骤B2)中第三段运动轨迹的运动总用时的一半与步骤B1)中弯角高度所对应的运动用时做比较，取二者之小；

B4)将步骤B1)中所计算的第二段运动轨迹的运动总用时减去步骤B3)中的比较结果，获取第二段运动轨迹与第三段运动轨迹融合的起始时间点，即触发第三段运动轨迹开始运动的时间点；

所述步骤5)的具体内容为：

规划每一段运动轨迹后，将两个计时器A、B分别分配给第一段运动轨迹和第二段运动轨迹，当计时器A达到设定的竖直段高度所对应的时间点时，触发计时器B开始执行第二段运动轨迹的规划执行，当第一段运动轨迹运动时间结束，将计时器A分配给第二段运动轨迹，同时将计时器B分配给第三段运动轨迹，等待开始，两个计时器随运动的执行向前传递。

2.根据权利要求1所述的一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法，其特征在于，关键点的运动参量包括每处时间点所对应的位置、速度、加速度和加加速度。

3.根据权利要求2所述的一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法，其特征在于，关键点的运动参量通过采用S型速度轨迹规划方法获取，每处时间点的速度受到限制速度的约束，每处时间点的加速度受到限制加速度的约束，每处时间点的加加速度受到限制加加速度的约束。

4.根据权利要求2所述的一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法，其特征在于，每个分段函数的加加速度j、加速度

α、速度v、位置y采用以下计算公式求得：

式中，j₀，a₀，v₀，y₀分别为各段的加加速度、加速度、速度及位置的初始值，各个分段函数的加加速度、加速度、速度、位置的获取表达式为：

第1段：

y₀＝0，v₀＝0，a₀＝0，j₀＝j_c

第2段：

y₀＝y_t1，v₀＝v_t1，a₀＝a_max，j₀＝0

第3段：

y₀＝y_t2，v₀＝v_t2，a₀＝a_max，j₀＝-j_c

第4段：

y₀＝y_t3，v₀＝v_t3，a₀＝0，j₀＝0

第5段：

y₀＝y_t4，v₀＝v_t4，a₀＝0，j₀＝j_c

第6段：

y₀＝y_t5，v₀＝v_t5，a₀＝-a_max，j₀＝0

第7段：

y₀＝y_t6，v₀＝v_t6，a₀＝-a_max，j₀＝j_c

其中，v_t1、v_t2、v_t3、v_t4、v_t5、v_t6、y_t1、y_t2、y_t3、y_t4、y_t5、y_t6分别为各段相应关键点所对应的速度和位置，j_c为给定的加加速度限值，a_max为在给定的起点终点的位移量，限制速度和限制加速度条件下所确定的实际运动可达到的最大加速度。