[发明专利]一种机器人姿态轨迹生成方法、装置及存储介质

说明书

本发明提供了一种机器人姿态轨迹生成方法、装置及存储介质，方法包括：获取机器人运动过程中的多个四元数姿态，并对所有所述姿态进行分组；根据所述分组结果确定每组所述四元数姿态对应的第一四元数；将每组对应的所述第一四元数转换成多个三维空间的向量，并采用三次贝塞尔曲线对各个所述向量进行插值，获得插值曲线；对所述插值曲线进行采样，获得多个采样点；采用三次B样条曲线对所有所述采样点进行拟合，生成机器人姿态轨迹。本发明的技术方案能够生成整体C2连续的机器人姿态轨迹，减少机器人各姿态间的轨迹波动。

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，具体而言，涉及一种机器人姿态轨迹生成方法、装置及存储介质。

背景技术

机器人末端姿态轨迹充分光滑时，可以提高机器人的轨迹跟踪性能。目前常采用旋转矩阵、欧拉角、RPY(Roll-Pitch-Yaw,滚动-俯仰-偏转)和四元数等描述机器人姿态，其中，利用旋转矩阵进行姿态规划时，数据冗余度较高，且会直接破坏其正交性；通过RPY法表示姿态会存在奇异性；通过欧拉角表示姿态时，会出现万向节锁死现象，且插值困难，无法很好满足机器人姿态规划中的平滑性和连续性要求。

而四元数由于描述简单、直观，且计算量小等优点被广泛应用，在描述机器人姿态时，其能够有效避免对欧拉角旋转时产生的万向节锁死问题，并且姿态插补效率高于基于欧拉角和旋转矩阵的姿态插补效率。其中，采用四元数描述机器人姿态时，四元数姿态插补方法主要包括四元数线性插补、球面线性插补和球面样条插补。

但是，球面线性插补只有C0连续性，球面样条插补也仅有C1连续性，无法满足实际需要。为了得到连续性更高的四元数样条曲线，现有技术提出了C2连续的四元数样条曲线，能够满足C2连续要求，但是采用的模型过于复杂，轨迹波动性较大，数学模型复杂，难于理解。

发明内容

本发明解决的问题是如何使机器人姿态轨迹满足C2连续要求时，减少机器人各姿态间的轨迹波动。

为解决上述问题，本发明提供一种机器人姿态轨迹生成方法、装置及存储介质。

第一方面，本发明提供的一种机器人姿态轨迹生成方法，包括：

获取机器人运动过程中的多个四元数姿态，并对所有所述四元数姿态进行分组；

根据分组结果确定每组所述四元数姿态对应的第一四元数；

将每组对应的所述第一四元数转换成多个三维空间的向量，并采用三次贝塞尔曲线对各个所述向量进行插值，获得插值曲线；

对所述插值曲线进行多次采样，获得多个采样点；

采用三次B样条曲线对所有所述采样点进行拟合，生成机器人姿态轨迹。

可选地，所述对所有所述四元数姿态进行分组包括：

根据机器人的动作顺序将所述四元数姿态每三个一组依次进行分组，且相邻两组包括同一所述四元数姿态，当剩余的所述四元数姿态不足三个时，将剩余的所述四元数姿态每两个分为一组。

可选地，所述根据分组结果确定每组所述四元数姿态对应的第一四元数包括：

对于三个所述四元数姿态为一组的，确定相邻两个所述四元数姿态之间的变换矩阵，并将获得的两个所述变换矩阵分别转换为所述第一四元数；

对于两个所述四元数姿态为一组的，保持所述四元数姿态不变，两个所述四元数姿态分别对应一个所述第一四元数。

可选地，所述将每组对应的所述第一四元数转换成多个三维空间的向量，并采用三次贝塞尔曲线对各个所述向量进行插值包括：

将每组所述四元数姿态对应的两个所述四元数转换成三维空间的三个第一单位向量，其中，每个所述单位向量对应一个第一数据点；