[发明专利]内嵌运动性能调节机制的速度规划方法

权利要求书

1.一种内嵌运动性能调节机制的速度规划方法，该方法具体步骤如下：

第1步，将速度规划问题转换为路径位置和路径速度的二维规划问题，并计算其可行域；

第2步，为二维规划引入运动性能调节机制；

第2.1步，定义运动性能调节机制内的用户指定参数ε，具体步骤如下：

该用户指定参数ε的物理意义为机器人系统路径速度的匀速上限，即约束

其中，s_e代表路径总长度，函数Max(·)表示求取MVC(s)的函数最大值，MVC(s)代表可行域上边界，标量分别表示初始和终止速度；

为了满足公式(14)的路径速度约束，另一个可行域上边界描述为

M(s)＝ε,s∈[0,s_e]； (15)

引入用户指定参数ε后，可行域上边界重新描述为

MVC^*(s)＝min(MVC(s),M(s)),s∈[0,s_e]； (16)；

第2.2步，调节用户指定参数ε以改变可行域形状；

第3步，计算可行域边界上的匀速巡航部分，即机器人速度上限中的常量部分；

第4步，利用完备数值积分策略计算曲线MVC^*(s)下的可行速度曲线，具体步骤如下：

首先沿MVC^*(s)搜索加速度转换区域；然后，以加速度转换区域为起始，计算加速和减速曲线，并连接为可行速度曲线；

为了提高加速度转换区域的搜索效率，描述匀速分界线概念L(s)的数学定义如下

其中，A_i(s),B_i(s),C_i(s)是关于路径位置s的非线性函数，通过加速度约束联立等式方程获得；在该分界线上方公式成立；在该分界线下方公式成立；在该分界线上公式成立，其中，代表最大路径加速度，代表最小路径加速度；

将已经得到的L(s)按照键值对存储到哈希表；针对不同的M(s)，在常量时间复杂度O(1)内查询哈希表得到

M＝{M(s)|M(s)＜L(s),s∈[0,s_e]}, (19)

其中，和M的加速度均等于零，但是只有M可以作为MVC^*(s)上的加速度转换区域，其中，M(s)是用户指定参数ε决定的常量函数；

第5步，利用双向积分策略使第4步得到的速度曲线加速度连续，具体步骤如下：

在加速曲线与减速曲线交点p₁两侧选择点p₂和p₃，且点p₂和p₃分别位于加速曲线或者减速曲线上；点p₂和点p₁之间不存在其他交点，点p₃和点p₁之间也不存在其他交点；

以点p₂为起点，正向积分一条速度曲线l₁，其路径加速度为

以点p₃为起点，反向积分一条速度曲线l₂，其路径加速度为

其中，标量分别表示点p_i的路径位置、路径速度和路径加速度，而标量和的表达式如下

速度曲线l₁,l₂会在路径位置处连接，并且连接点的加速度是连续的；按照此法，处理所有的加速曲线与减速曲线交点，则最终生成的速度曲线的加速度是连续的。

2.根据权利要求1所述的内嵌运动性能调节机制的速度规划方法，其特征在于，第2.2步所述的调节用户指定参数ε以改变可行域形状，具体步骤如下：

用户指定参数ε可以改变可行域形状上边界的幅值和形状；通过改变可行域的形状，最优速度曲线对应的运动时间和巡航比例也随之发生改变；

当用户指定参数ε减小趋向时，可行域上边界MVC^*(s)的幅值在降低，其中标量分别表示初始和终止速度，这意味着最大路径速度在不断降低，可行速度曲线的最大值也在不断降低，那么最终生成的速度曲线对应的运动时间会不断增加；同时，可行域上边界MVC^*(s)的形状趋近于直线，这意味着可行速度曲线的巡航运动比例会不断提高；

当用户指定参数ε增大趋向Max(MVC^*(s))时，可行域上边界MVC^*(s)的幅值在提高，这意味着最大路径速度在不断提高，可行速度曲线的最大值也在不断提高，那么最终生成的速度曲线对应的运动时间会不断降低；同时，可行域上边界MVC^*(s)的形状趋近于曲线MVC(s)，这意味着可行速度曲线的巡航比例会不断降低。