[发明专利]一种自驱动关节臂测量机直线轨迹间平滑过渡的规划方法

说明书

本发明涉及一种自驱动关节臂测量机直线轨迹间平滑过渡的规划方法。将位姿信息和约束条件输入加减速算法和圆弧过渡模型得到过渡轨迹，与直线轨迹相结合得到完整的测量轨迹。借助逆运动学与逆雅克比矩阵求得各关节角度、速度、角速度，于速度突变处进行关节空间五次多项式插值，确保速度、加速度连续性和平滑性，防止由于速度、加速度突变对自驱动关节臂测量机造成冲击，提高了测量精度。本发明可实现自驱动关节臂测量机的高精度测量，也可应用于工业机器人的轨迹规划。

技术领域

本发明属于机械臂轨迹规划领域，具体涉及一种自驱动关节臂测量机直线轨迹间平滑过渡的规划方法。

背景技术

市场上已有的关节臂测量机采用手动拖拽、离线检测的模式，测量效率低且无法应用于在线检测，因此研发了自驱动关节臂测量机来实现在线自动测量。而轨迹规划是自动测量中必不可缺的部分。自驱动关节臂测量机的轨迹包括直线与圆弧的组合，为保证高精度测量，在确保末端轨迹平滑的同时，关节空间的速度、加速度变化也有严格要求，避免速度、加速度突变对自驱动关节臂测量机造成振动，因此提出了一种直线轨迹间平滑过渡的方法。

目前自驱动关节臂测量机的轨迹规划方面的内容参考资料极少，由于自驱动关节臂测量机与工业机器人结构类似，而工作过程与要求存在差异，可参考机器人轨迹规划方面的内容并在此基础上加以改进。轨迹间的过渡常采用圆弧过渡模型，例如：中国发明专利“一种焊接机器人过渡轨迹规划方法”(申请号为201110000264.3)，针对焊接机器人的过渡焊缝采用圆弧衔接，但圆弧过渡在过渡段与轨迹衔接处存在速度的跃变，影响轨迹平滑性，严重可导致机械振动。而本方法实现末端轨迹连续、速度平滑的同时，可保证关节空间角度、速度、加速度的平滑，对提高自驱动关节臂测量机的测量精度具有重要意义。

发明内容

为了实现自驱动关节臂测量机的高精度测量，满足避障要求以及避免速度、加速度突变引起振动，本发明根据自驱动关节臂测量机的实际测量过程，提出了一种直线轨迹间过渡的规划方法，该方法能有效地保证自驱动关节臂测量机在直线轨迹间平滑过渡，且关节速度、加速度连续、平滑的变化。

本发明的基本技术方案包括以下步骤：

步骤1：输入轨迹过渡所需参数与约束

自驱动关节臂测量机的末端位姿由3×1的位置矢量P和3×3的姿态矩阵R共同描述，轨迹过渡模块所需的参数有：起始点位姿P₀，两段直线交点位姿P₁，终点位姿P₂。约束有：起始点P₁的速度，终止点P₂的速度，最大速度限制V_max，最大加速度限制A_max。

步骤2：过渡模型的建立

建立圆弧过渡模型进行直线拐角的过渡，设定过渡半径r，过渡速度v。求解拐角θ、过渡转接点P_r1、P_r2，由几何关系可得：

步骤3：过渡段速度规划

由加减速轨迹规划算法求得P₀P₁段在过渡模型衔接点P_r1的速度，P₁P₂段与圆弧衔接点 P_r2的速度，过渡段速度为匀速，即点P_r1的速度与点P_r2的速度相等。考虑机械系统动力学因素计算曲线实际能达到的最大速度v_r。再将第一段直线初始点速度v₀，第二段直线终止点速度v₁以及最大速度限制v_r导入加减速轨迹规划算法求得整段轨迹的速度变化。

步骤4：插补点位姿的求取