[发明专利]五自由度机械臂笛卡尔空间直线轨迹规划方法及装置

说明书

本申请涉及一种五自由度机械臂笛卡尔空间直线轨迹规划方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。所述方法包括：获取五自由度机械臂的直线轨迹的初始点位姿数据和末端点位姿数据，以及获取五自由度机械臂采用直线轨迹运行的运动数据；基于初始点位姿数据、末端点位姿数据和运动数据，确定s型速度规划类型，并得到相应的速度规划数据；对速度规划数据进行处理，得到直线轨迹中各插值点位姿数据；基于五自由度机械臂的逆运动学模型，分别处理各插值点位姿数据，相应得到各插值点关节角度数据。采用本方法能够对五自由度机械臂进行高效准确地直线轨迹规划过程。

技术领域

本申请涉及协作机器人技术领域，特别是涉及一种五自由度机械臂笛卡尔空间直线轨迹规划方法及装置。

背景技术

对于桥梁修复等作业，要求具有轻质、大负载、大作业半径、灵敏感知和控制能力的机械臂作为末端工具的载体。协作机器人具有轻质、大负载自重比和灵敏感知等特点，采取协作机械臂的类似特点，设计了一种用于桥梁钢箱梁表面修复作业的五自由度机械臂。

机械臂是操作灵活、精度高、适应性强的复杂系统，已经在工业装配、安全防爆、现场检测等领域得到广泛应用。机械臂运动学模型，包含正解和逆解，并且逆解有多组解。对于不同的任务，需要规划机械臂笛卡尔空间的轨迹，并转化到关节空间输入机械臂进行控制。那么，对于多解情况，如何做适合工作要求的选择、如何规划两点间直线轨迹并对机械臂末端的峰值速度(也称最大速度)、加速度、加加速度做一定的限制，在理论研究和实践上都是备受关注的。

然而，现有对机械臂两点间直线轨迹规划的方法存在规划效率低的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高规划效率的五自由度机械臂笛卡尔空间直线轨迹规划方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。

第一方面，本申请提供了一种五自由度机械臂笛卡尔空间直线轨迹规划方法。所述方法包括：

获取五自由度机械臂的直线轨迹的初始点位姿数据和末端点位姿数据，以及获取所述五自由度机械臂采用所述直线轨迹运行的运动数据；所述运动数据包括最大速度、最大加速度和加加速度；

基于所述初始点位姿数据、所述末端点位姿数据和所述运动数据，确定s型速度规划类型，并得到相应的速度规划数据；所述s型速度规划类型包括七段式速度规划、六段式速度规划、五段式速度规划和四段式速度规划；

对所述速度规划数据进行处理，得到所述直线轨迹中各插值点位姿数据；

基于所述五自由度机械臂的逆运动学模型，分别处理各所述插值点位姿数据，相应得到各插值点关节角度数据。

在其中一个实施例中，所述基于所述初始点位姿数据、所述末端点位姿数据和所述运动数据，确定s型速度规划类型的步骤包括：

采用齐次变换矩阵模型处理所述初始点位姿数据和所述末端点位姿数据，得到所述直线轨迹的距离数据；

根据所述距离数据、所述最大速度、所述最大加速度和所述加加速度，确定s型速度规划条件；

基于所述s型速度规划条件，选择相应的s型速度规划类型。

在其中一个实施例中，所述对所述速度规划数据进行处理，得到所述直线轨迹中各插值点位姿数据的步骤，包括：

获取所述直线轨迹的插值点采样周期；

基于所述插值点采样周期，根据位移数据和所述距离数据得到各插值点的归一化因子；其中，所述位移数据为基于所述速度规划数据得到；

分别采用各所述归一化因子对所述初始点位姿数据和所述末端点位姿数据进行处理，得到各所述插值点位姿数据。

在其中一个实施例中，还包括：