[发明专利]基于MINIMAL-SNAP的被动运动轨迹生成方法在审

专利信息
申请号: 202210774656.3 申请日: 2022-07-01
公开(公告)号: CN115157244A 公开(公告)日: 2022-10-11
发明(设计)人: 杜昊;唐顿;王薇 申请(专利权)人: 上海术理智能科技有限公司
主分类号: B25J9/16 分类号: B25J9/16;A61H1/00
代理公司: 南京行高知识产权代理有限公司 32404 代理人: 肖念
地址: 201401 上海市*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 基于 minimal snap 被动 运动 轨迹 生成 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于MINIMAL‑SNAP的被动运动轨迹生成方法,进行初始条件设置,分配一个稀疏轨迹点序列;设置分段最大允许数目,进行稀疏轨迹点序列分段,并配置分配时间函数;确定目标约束矩阵;确定过程约束矩阵,包括配置导数约束,配置连续性约束;回调求解段内轨迹参数矩阵,保存末端端点状态值;遍历循环处理两点之间的所有段,然后再处理轨迹序列的所有点,将生成的序列发往轨迹执行机构进行执行生成轨迹。本发明通过给定一个稀疏粗糙的轨迹点序列,自主完成轨迹平滑,动力学平滑,且在兼顾执行速度的情况下完成轨迹点高效输出,弥补了低成本运动控制器无法生成复杂轨迹的缺陷,可以为患者提供良好的被动运动康复体验。

技术领域

本发明涉及机器人系统控制技术领域,尤其涉及一种基于MINIMAL-SNAP的被动运动轨迹生成方法。

背景技术

康复医学中制定的运动疗法可按力的来源分为主动型和被动型。由外力作用于人体某一部分引起的动作称被动运动。一般用于维持正常或增大已受限的关节活动范围、防止肌肉萎缩和关节挛缩;依靠患者自身的肌力进行运动的方法称主动运动,患者肌力在3级以上者,均可进行主动运动,单纯的主动运动一般不给予辅助、也不施加阻力,主要用于维持关节的活动范围、进行增强肌力和持久力的训练和增强肌肉之间的协调性的训练。被动运动通常被要求能够完成某种固定模式的运动,该模式通常为固定轨迹,特定动作等。

在桌面型康复系统中,不少企业和研究机构都采用十字滑台作为机械联动机构。患者使用该平台作康复运动时,将上臂放于康复平台的手托机构上,按照看护人员选定的轨迹进行被动式的运动,实现患者上肢的被动康复运动。

以U-Resmart上肢桌面康复机器人为例,在十字滑台类的康复系统中,对于早期的肌力较弱的患者,经常需要由设备能自主完成轨迹识别并带动患者完成康复训练,对于常见的电机控制器而言,通常只能接受例如某时刻的速度指令或某时刻的位置指令这样的原始控制指令,,电机控制器需要接受良好的轨迹点序列才能完成两点或多点间执行运动动作,多次良好的动作执行才能完成用户的预先选择的固定轨迹(比如圆形)。

在被动运动的轨迹生成中,有一些技术前提需要在设计阶段就进行考虑。针对低成本的无复杂插补指令的电机控制器,一个足够便捷高效的轨迹生成模块会对整个被动运动的体验产生积极影响。比如一段比较长的轨迹点之间需要对运动轨迹进行插补,较多的点可以使得整个轨迹分辨率更高,整个被动运动更加平顺柔和,但过于密集的轨迹点将显著降低整个轨迹的平均执行速度;运行中轨迹不允许急起急停,为保证运行中动力学平滑则很大程度上决定了整个康复运动的体验感。

本发明提出一种基于MINIMAL-SNAP的被动运动轨迹生成方法,可以显著优化患者的被动运动轨迹的体验。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足,本发明的目的在于,提供一种基于MINIMAL-SNAP的被动运动轨迹生成方法,提供了在轨迹生成中解决轨迹平滑和动力学平滑的思路,提出了一种较为快速的计算方式。

为实现本发明的目的,本发明所采用的技术方案是:

一种基于MINIMAL-SNAP的被动运动轨迹生成方法,包括步骤:

步骤1,进行初始条件设置,分配一个稀疏轨迹点序列,包括设置初始位置,初始速度,初始加速度;

步骤2,设置轨迹分段最大允许数目,进行稀疏轨迹点序列分段,并配置分配时间函数,配置约束加速度,配置约束速度;

步骤3,确定目标约束矩阵;确定过程约束矩阵,包括配置导数约束,配置连续性约束;回调求解段内轨迹参数矩阵,保存末端端点状态值,发送计算结果;

步骤4,遍历循环处理两点之间的所有段,然后再处理轨迹序列的所有点,将每次生成的序列发送往轨迹执行机构进行执行,生成轨迹。

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