[发明专利]基于分段多阶次多项式插值的工业机械臂路径规划方法

说明书

本发明公开了一种基于分段多阶次多项式插值的工业机械臂路径规划方法，包括根据机械臂标准D‑H参数建立机械臂数学模型；确定机械臂初始点、终止点以及路径中间点；对路径经过点进行分段处理；对不同段运用不同阶次多项式插值算法进行路径规划获得各规划曲线；将各段曲线合并得到整个路径规划曲线。本发明针对不同环境下对机械臂运动特性的不同要求，选取不同阶次多项式插值算法进行分段路径规划，保证机械臂运行精度的的条件下，提高了算法的运行效率，减少机械臂关节处的刚性冲击，延长机械臂的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种基于分段多阶次多项式插值的工业机械臂路径规划方法。

背景技术

随着机器人技术的发展，工业机器人在制造业中地位日益显著。路径规划则是机器人学领域的热点课题之一，对工业机械臂的发展起着重要的作用。路径规划问题主要针对的是在机器人工作空间内，机械臂能够按预设中间路径点平稳稳定运行。对于路径规划方法已经有许多计算与分析方法，对比传统的路径规划算法，往往很难获得运算代价与性能的平衡，若想取得路径规划路径点的最优，通常算法繁琐，计算量大，而如果选择计算量小的计算方法，又很难满足性能及精度的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于分段多阶次多项式插值的工业机械臂路径规划方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于分段多阶次多项式插值的工业机械臂路径规划方法，包括以下步骤：

步骤1、对机械臂的起始点、终止点及中间路径节点进行分段，并对起始点、终止点及中间路径节点进行反解得到起始点、终止点及中间路径节点所对应的关节角度值；

步骤2、对步骤1中所分段运用不同阶次多项式插值函数进行路径规划获得不同段规划曲线,将不同段规划曲线按区间顺序排列整合得到整个轨迹中采样点关节角运动规律图。

优选地，步骤1的具体步骤为：

步骤1-1、根据机器人标准D-H参数建立机械臂在三维空间中的数学模型；

步骤1-2、确定机械臂的空间坐标点，包括起始点、终止点及运动过程中的必要中间路径节点；

步骤1-3、对所有空间坐标点进行分段；

步骤1-4、根据上述空间坐标点，反解得空间坐标点所对应的关节角度值。

优选地，分段个数为3或4。

优选地，多项式阶次选取第一段与最后一段的阶次要高于其余段选取阶次。

优选地，步骤2的具体步骤为：

步骤2-1、对不同段选择不同阶次多项式插值函数，每一段的角度q_d相对于时间t的多项式通式为：

q_d＝a₀+a₁t+a₂t²+...a_ntⁿ

根据多项式选取的阶次2N+1，对每一段的角度q_d相对于时间t的多项式通式进行N阶求导；

结合约束条件：

求得多项式通式参数a₀，a₁，a₂...a_n；

步骤2-2、根据所得参数与多项式阶次，将多项式描述为角度关于时间t的函数，得到M段运动轨迹随时间变化规律图；

步骤2-3、将各段关节角运动随时间变化规律图按区间顺序排列整合，生成整个轨迹中采样点关节角运动规律图。