[发明专利]一种机器人平滑轨迹规划方法、计算机及存储介质

说明书

本发明公开了一种机器人平滑轨迹规划方法、计算机及存储介质，方法采用笛卡尔空间与关节空间相结合、三次非均匀有理B样条曲线插补算法与五次均匀B样条曲线插补算法相结合的的机器人联合空间轨迹规划方法，先在笛卡尔空间通过三次非均匀有理B样条曲线插补算法进行首次轨迹规划，接着把规划好的点放至关节空间，通过五次均匀B样条曲线插补算法进行第二次轨迹规划。本技术方案分别在不同的空间进行不同的规划，而且两个空间有承接的关系，有效地解决了机器人工作空间微小线段间拐角处的切向不连续导致轨迹突变的问题。

技术领域

本发明涉及机器人轨迹规划的技术领域，尤其涉及到一种机器人平滑轨迹规划方法、计算机及存储介质。

背景技术

近年来，随着人工智能技术的快速发展，工业机器人作为工业领域中重要的智能装备，以其结构紧凑、高灵活性、高效率等优点，被广泛应用于装配、搬运和精密零件加工等生产领域。为提高生产效率和产品质量，高速高精度及平稳运动成为衡量工业机器人重要性能指标。由于在运动轨迹突变点处存在较大的加减速度，造成了周期性冲击与振动，其本质在于轨迹规划中微小直线段间拐角处切向不连续所导致加速度和加加速度突变问题。研究发现，加加速度连续平滑运动可有效降低机械冲击及振动。加加速度突变(F_冲击＝ma)是一种周期性的冲击力，将导致工业机器人在运行一段时间之后加速磨损，精度急剧下降，甚至失效。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种机器人平滑轨迹规划方法,,改善加加速度突变现象，有效避免运动过程冲击问题。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：

一种机器人平滑轨迹规划方法，包括以下步骤：

S1、依据所需加工的曲线从笛卡尔空间中选取多个型值点，末端执行器经过该些选取的型值点；

S2、在笛卡尔空间使用三次非均匀有理B样条曲线插补算法规划所需加工的曲线，而使用三次非均匀有理B样条曲线插补算法所得插补点的点与点之间使用微小线段连接，微小线段拐角处切向不连续；

S3、针对采用的机器人，推导出其逆运动学模型，并使用雅可比矩阵，推导出其速度、加速度和加加速度；

S4、将在笛卡尔空间使用三次非均匀有理B样条曲线插补算法所得的插补点通过机器人逆运动学模型映射到关节空间，得到关节空间插补点、关节角度、角速度、角加速度和角加加速度图；

S5、在关节空间使用五次均匀B样条曲线插补算法对关节空间插补点进行轨迹平滑处理，从而得到机器人平滑轨迹。

进一步地，所述步骤S1中，从笛卡尔空间中选取的多个型值点均在机器人工作空间范围内，且不会出现奇异现象。

进一步地，所述步骤S2中，选择权因子ω控制曲线的丰满程度，然后根据型值点、权因子ω反算控制顶点d_i(i＝0,1,2,...,n)、节点矢量U＝[u₀,u₁,...,u_n+k+1]∈[0,1]和B样条基函数N_i,3(u)，进而求解三次非均匀有理B样条曲线表达式，如式子(1)所示：

式(1)中，B样条基函数如式(2)所示：

限定：

通过三次非均匀有理B样条曲线插补算法规划所需加工的曲线时，结合首末型值点的切矢量和节点矢量U＝[u₀,u₁,...,u_n+k+1]∈[0,1]，得到的切矢条件作为边界条件，如式(3)、(4)所示：