[发明专利]一种基于混合空间的工业机器人过渡轨迹规划方法

权利要求书

1.一种基于混合空间的工业机器人过渡轨迹规划方法，其步骤如下：

步骤1.获取过渡轨迹规划相关的运动参数：

示教获取第一条运动轨迹起点P₀位姿数据、终点P₁位姿数据、第二条轨迹终点P₂位姿数据以及过渡参数a；

P₀P₁为奇异段运动路径，P₁P₂为常规段运动路径；

步骤2.描述机器人运动路径上的位置矢量：

在奇异段运动路径和过渡段运动路径上，机器人的末端位置由6维混合空间位置矢量[x,y,z,θ₄,θ₅,θ₆]描述；在常规段运动路径上，机器人的末端位置仍由6维笛卡尔空间位置矢量[x,y,z,α,β,γ]描述；

在奇异段P₀P₁，点P₀和P₁描述为混合空间位置矢量：

在常规段P₁P₂，点P₁和P₂使用笛卡尔空间位置矢量描述：

P₁′＝[x₁,y₁,z₁,α₁,β₁,γ₁]

P₂＝[x₂,y₂,z₂,α₂,β₂,γ₂]

其中P₁和P₁'在空间中是同一个点；

步骤3.确定轨迹P₀P₁和P₁P₂过渡起点P_s和过渡终点P_e的位置矢量：

根据P₀P₁段长度和过渡参数a确定过渡起点P_s的位置，P_s描述为混合空间位置矢量：

根据P₁P₂段长度和过渡参数a确定过渡终点P_e的位置，P_e描述为笛卡尔空间位置矢量：

P_e＝[x_e,y_e,z_e,α_e,β_e,γ_e]

过渡终点P_e处的关节角度过渡终点P_e描述为混合空间位置矢量其中，P_e和P′_e在空间中是同一个点；

步骤4.确定过渡轨迹的边界条件：

机器人笛卡尔空间下的末端速度和加速度分别表示为

和

机器人关节空间下的关节速度和关节加速度分别表示为

和

通过混合空间速度规划模块对奇异段运动路径上P₀P₁各个时刻的速度、加速度进行规划，得到点P_s处混合空间速度矢量v_ps、加速度矢量a_ps：

通过笛卡尔空间速度规划模块对常规段运动路径P₁P₂各个时刻的速度、加速度进行规划，得到点P_e处笛卡尔空间速度矢量v_pe、加速度矢量a_pe：

将点P_e处的混合空间速度矢量和笛卡尔空间速度矢量衔接起来，具体方法如下：

已知点P_e处的笛卡尔空间速度矢量v_pe和加速度矢量a_pe，根据机器人关节空间和笛卡尔空间的速度传递关系式，推导出过渡终点P_e处的关节空间速度和加速度：

其中，J⁺(q)为机器人雅可比矩阵的伪逆；过渡终点P_e处的混合空间速度矢量和加速度矢量记作：

步骤5.生成机器人过渡段运动轨迹：

由运动路径规划模块生成过渡段P_sP_e上的运动路径F，P_sP_e段上机器人速度、加速度由混合空间速度规划模块规划；令过渡轨迹的运动时间为t_b，过渡轨迹的边界条件如下：

混合空间速度规划模块是基于梯形加减速控制规划方法或S型曲线加减速控制规划方法，由相应的速度规划方法和边界条件规划出过渡段P_sP_e上的速度、加速度和过渡轨迹的运动时间t_b；最终，通过F(t)实时地输出过渡段起点到过渡段终点各个时刻的机器人末端位置矢量，完成过渡段P_sP_e上的轨迹规划。