[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

说明书

本发明涉及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，包括步骤：1)根据笛卡尔空间中跳跃运动的起点和终点，设定跳跃的竖直段高度、弯角高度；2)计算总跳跃高度，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的运动参量；4)根据竖直段高度、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。与现有技术相比，本发明可提高机器人搬运拾捡作业的灵活性。

技术领域

本发明涉及一种用于搬运拾捡作业的跳跃轨迹规划方法，尤其是涉及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。

背景技术

搬运拾捡作业是包装自动化流程中不可或缺的流程步骤，它的任务是将物料从一个位置抓取，移动，放置到另一个位置，一般的轨迹路径含有三段：提升，平移和降落。不同的轨迹规划和路径融合方法会产生不同的轨迹路径形状和作业效率。可编程的工业机器人往往被赋予担任这一作业角色。在工业拾捡中，不同的物料及工艺流程要求使用不同类型的工业机器人。例如，对于大件物料的码垛和卸垛，一般使用码垛专用机器人或串联机器人；而对于小物料的装箱装盒的搬运拾捡作业，往往使用并联机器人；有些场合也使用笛卡尔型机器人或其他搬运拾捡专机。

现有的工业机器人在处理跳跃运动的轨迹时，一般是由三个运动指令组成，即：MoveL，MoveJ，MoveL，其中MoveL为笛卡尔空间的直线运动，MoveJ为关节空间的关节同步运动。三个运动指令对应三段运动轨迹，通过参数整定可以实现轨迹间的融合。这里使用MoveJ的目的是获得最高效的运动性能。然而，对于并联机器人，由于其机械结构原因，无法使用常规的MoveJ指令，并联机器人的各个关节必须协调运动，其末端TCP轨迹路径可预测，无法实现技术上严格意义的PTP运动。可参数化的直接的跳跃运动轨迹的设计是解决并联机器人类拾捡作业的一种方式，同样这一轨迹设计结果也适用于非并联结构的其他结构类型的机器人。在现有的规划技术中，过渡段在两段相邻轨迹段上的长度相同，过渡规划的过程除了需要确定1个相接点和2个过渡点外，还需要插入4个控制点，然后采用三次B样条曲线的方法来实现过渡轨迹规划。这种轨迹规划的方法较为复杂，不够灵活，无法较好地适应不同程度的搬运捡拾作业。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供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。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

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，该方法包括以下步骤：

S1：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。

S2：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，包括第一辅助点和第二辅助点，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，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。

S3：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，包括每处时间点所对应的位置、速度、加速度和加加速度。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。

优选地，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。

优选地，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。