[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

说明书

本发明公开了一种基于混合空间的工业机器人过渡轨迹规划方法，使用笛卡尔空间加关节空间的混合空间矢量描述方法来规划机器人的过渡轨迹，可实现奇异段运动路径与常规段运动路径之间的过渡轨迹规划。通过混合空间规划方法对机器人存在奇异区域的过渡轨迹进行规划，雅可比矩阵连接轨迹过渡点处的混合空间和笛卡尔空间的速度、加速度矢量，使得机器人末端轨迹平滑过渡，避免了常规的笛卡尔空间过渡轨迹规划方法会对机器人本体产生冲击的情况。

技术领域

本发明涉及一种工业机器人过渡轨迹规划方法，具体涉及一种基于混合空间的工业机器人过渡轨迹规划方法。

背景技术

在机器人的很多实际应用过程中，为了提高机器人的工作效率，通常需要在相邻运动轨迹间进行路径过渡，并且保证相邻运动轨迹之间的速度、加速度等能够平滑过渡。因此，机器人的过渡轨迹规划问题是轨迹规划中的研究重点。

机器人的轨迹过渡包括笛卡尔空间轨迹过渡和关节空间轨迹过渡。关节空间轨迹过渡不存在奇异区域，因此可以对关节位置直接平滑处理。目前，对于机器人在笛卡尔空间的轨迹过渡已有部分研究成果，如文献《工业机器人轨迹衔接方法研究[J]》(郭霞,刘鹏飞,段晓妮,等.机床与液压,2014,000(9):10-12.)，当路径中不存在奇异区域时，通过五次多项式插值的方法完成了笛卡尔空间下相邻路径之间的过渡轨迹规划。但是当六轴工业机器人的后三个关节轴交于一点时，此时机器人的腕部存在奇异位形。而在工业机器人的实际应用过程中，当程序中有存在腕部奇异区域的奇异段运动路径时，对于奇异段和常规段运动路径之间的轨迹过渡，常规的笛卡尔空间轨迹过渡方法会使得机器人运动到奇异位形附近时关节角速度和角加速度趋于无穷大，从而对机器人本体造成极大的冲击，无法满足机器人应用中对于轨迹平滑运行的要求。中国发明专利“一种六关节工业机器人通过姿态奇点的控制方法及系统”(申请号为201710504635.9)，提出了一种奇异段运动路径的插补方法，但是专利中没有提及应该如何规划机器人奇异段运动路径的过渡轨迹。因此，本发明在此基础上提出一种基于混合空间规划方式的工业机器人过渡轨迹规划方法，能够有效地解决机器人运动路径中存在腕部奇异区域时的过渡轨迹规划问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的缺陷，提出了一种基于混合空间的工业机器人过渡轨迹规划方法，通过笛卡尔空间与关节空间的混合空间描述方法规划了机器人奇异段和过渡段的运动轨迹，避免了常规的笛卡尔空间过渡轨迹规划方法导致本体受到严重冲击的情况。

机器人空间中的点通常用关节空间的位置角[θ₁,θ₂,θ₃,θ₄,θ₅,θ₆]或者笛卡尔空间的位姿[x,y,z,α,β,γ]描述。为了避免常规的笛卡尔空间轨迹过渡方法的缺陷，确保奇异段运动路径与常规段运动路径能够光滑过渡，本发明使用笛卡尔空间加关节空间的混合空间矢量[x,y,z,θ₄,θ₅,θ₆]描述方法来规划机器人的过渡轨迹，解决机器人运动路径中存在腕部奇异区域导致无法顺利过渡的情况。

本发明所提出的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。

假设P₀到P₁的运动路径中存在腕部奇异区域，那么P₀P₁为奇异段运动路径。假设P₁到P₂的运动路径中不存在奇异区域，那么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：