三次三段式的机械臂轨迹规划方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术公开一种三次三段式的机械臂轨迹规划方法、系统、设备及介质，涉及机械臂轨迹规划技术领域，包括：根据给定的起始位置、起始姿态、终止位置、终止姿态、最大速度和最大加速度，按加速、匀速和减速的阶段，分别确定从起始到终止的位置运动时间和姿态运动时间；判断位置运动时间和姿态运动时间的大小，以两者之中较长的时间为给定时间，对时间较长的运动保持路径轨迹参数不变，对时间较短的运动按给定时间进行重规划，根据最终确定的位置运动和姿态运动下的实际轨迹参数，得到机械臂的规划路径。实现运动过程中冲击最小的同时保证时间最优，同时考虑位置变化和姿态变化，保证加速度在运行过程中不发生突变。在运行过程中不发生突变。在运行过程中不发生突变。

【技术实现步骤摘要】
三次三段式的机械臂轨迹规划方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术涉及机械臂轨迹规划
，特别是涉及一种三次三段式的机械臂轨迹规划方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]在对机械臂进行轨迹规划时，大多采用二次的T型轨迹算法和S型曲线轨迹算法。其中，T型轨迹算法可以实现机械臂运行时间最优，但是在运行过程中存在加速度的突变，导致关节存在冲击，因为若在达到最大速度时加速度不为零的话，那么需要瞬间减小到零则会存在加速度的突变，而且加加速度的突变也会造成关节的冲击，而T型轨迹则存在该问题。S型曲线轨迹算法能够保证运行中加速度的平稳变化，有效避免冲击，但是该方式的轨迹运行时间明显增长，无法做到时间最优。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种三次三段式的机械臂轨迹规划方法、系统、设备及介质，实现运动过程中冲击最小的同时保证时间最优，同时考虑位置变化和姿态变化，保证加速度在运行过程中不发生突变。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种三次三段式的机械臂轨迹规划方法，包括：根据给定的起始位置、起始姿态、终止位置、终止姿态、最大速度和最大加速度，按加速、匀速和减速的阶段，分别确定从起点到终点的位置运动时间和姿态运动时间；其中，根据给定的最大速度和最大加速度，确定最大加加速度，并将最大速度、最大加速度、最大加加速度取反后，得到各自对应的最小值，从而确定各阶段的运动时间和运动总时间；判断匀速时间是否大于零，若是，则各阶段的运动时间和运动总时间不变，且以给定的轨迹参数为路径轨迹参数，若不是，则以加速度连续或最小运动时间的方式确定各阶段的运动时间、运动总时间和路径轨迹参数；判断位置运动时间和姿态运动时间的大小，以两者之中较长的时间为给定时间，对时间较长的运动保持路径轨迹参数不变，对时间较短的运动按给定时间进行重规划，根据最终确定的位置运动和姿态运动下的实际轨迹参数，得到机械臂的规划路径。
[0005]作为可选择的实施方式，在确定位置运动时间或姿态运动时间的过程中：根据给定的最大加速度和最大速度得到最大加加速度；根据最大加速度和最大加加速度的比值确定加速时间；根据最小加速度和最小加加速度的比值确定减速时间；根据最大速度v
max
、加速时间、减速时间以及位置或姿态变化参数确定匀速时间；即；
其中，N为路径总长度或姿态变化总角度。
[0006]作为可选择的实施方式，在确定位置运动时间或姿态运动时间的过程中，加速度连续的方式为：根据路径的对称和最大加加速度确定路径轨迹参数中的路径最大加速度；根据路径最大加速度和最大加加速度的比值确定加速时间和减速时间，且加速时间和减速时间相等，匀速时间为零；根据最大加加速度和加速时间确定路径轨迹参数中的路径最大速度，即。
[0007]作为可选择的实施方式，在确定位置运动时间或姿态运动时间的过程中，最小运动时间的方式为：通过求解方程得到加速时间和减速时间，且加速时间和减速时间相等，匀速时间为零，方程为：，其中，N为路径总长度或姿态变化总角度；将给定的最大加速度作为路径轨迹参数中的路径最大加速度，根据路径最大加速度、加速时间和最大加加速度得到路径轨迹参数中的路径最大速度，即。
[0008]作为可选择的实施方式，对时间较短的运动按给定时间进行重规划的过程包括：根据给定时间T、给定的最大速度以及位置或姿态变化参数确定加速时间和匀速时间；其中，加速时间为：；匀速时间为：；其中，N为路径总长度或姿态变化总角度；将给定时间减去加速时间和匀速时间得到减速时间；根据给定的最大速度和加速时间确定实际最大加加速度，根据实际最大加加速度和加速时间的乘积得到实际轨迹参数中的实际最大加速度，将给定的最大速度作为实际最大速度；判断匀速时间是否大于零，若是，则各阶段的运动时间和实际轨迹参数不变，若不是，则以加速度连续的方式确定各阶段的运动时间和实际轨迹参数。
[0009]作为可选择的实施方式，对时间较短的运动按给定时间进行重规划的过程中，加速度连续的方式为：将匀速时间设为零，加速时间和减速时间均为给定时间的一半；根据给定时间以及位置或姿态变化参数确定实际最大加加速度，即，其中，N为路径总长度或姿态变化总角度；根据实际最大加加速度和加速时间的乘积得到实际最大加速度；
根据实际最大加速度和加速时间的乘积的一半得到实际最大速度。
[0010]作为可选择的实施方式，根据实际轨迹参数分别得到各阶段中每时刻的路径长度和姿态变化角度；根据每段路径长度和路径总长度的比值得到直线插值参数；若姿态发生变化，则根据姿态变化角度以及由初始姿态和终止姿态得到的四元数夹角的比值得到姿态插值参数；若姿态不发生变化，则姿态插值参数为零；根据直线插值参数和姿态插值参数分别进行位置插补和姿态插补后，得到机械臂的规划路径。
[0011]作为可选择的实施方式，位置插补为：根据起始位置和终止位置确定xyz方向的变化量；将各方向的变化量与直线插值参数相乘后加上对应方向的坐标值得到该方向的位置插补后的坐标值。
[0012]作为可选择的实施方式，姿态插补为：对姿态采用四元数球面进行插值操作，且若四元数夹角小于零，则对四元数夹角的余弦取相反数。
[0013]第二方面，本专利技术提供一种三次三段式的机械臂轨迹规划系统，包括：时间确定模块，被配置为根据给定的起始位置、起始姿态、终止位置、终止姿态、最大速度和最大加速度，按加速、匀速和减速的阶段，分别确定从起始到终止的位置运动时间和姿态运动时间；其中，根据给定的最大速度和最大加速度，确定最大加加速度，并将最大速度、最大加速度、最大加加速度取反后，得到各自对应的最小值，从而确定各阶段的运动时间和运动总时间；判断匀速时间是否大于零，若是，则各阶段的运动时间和运动总时间不变，且以给定的轨迹参数为路径轨迹参数，若不是，则以加速度连续或最小运动时间的方式确定各阶段的运动时间、运动总时间和路径轨迹参数；轨迹参数确定模块，被配置为判断位置运动时间和姿态运动时间的大小，以两者之中较长的时间为给定时间，对时间较长的运动保持路径轨迹参数不变，对时间较短的运动按给定时间进行重规划，根据最终确定的位置运动和姿态运动下的实际轨迹参数，得到机械臂的规划路径。
[0014]第三方面，本专利技术提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。
[0015]第四方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提出一种三次三段式的机械臂轨迹规划方法、系统、设备及介质，以加速度最大进行加速，直至加速度为零时，达到最大速度，然后以最大速度匀速运动，通过确定此时的最大加加速度，保证加速度和加加速度的连续，因为加加速度是衡量冲击的参数，加加速度突变会造成关节的冲击，同样也因为若达到最大速度时加速度不为零本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.三次三段式的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，包括：根据给定的起始位置、起始姿态、终止位置、终止姿态、最大速度和最大加速度，按加速、匀速和减速的阶段，分别确定从起点到终点的位置运动时间和姿态运动时间；其中，根据给定的最大速度和最大加速度，确定最大加加速度，并将最大速度、最大加速度、最大加加速度取反后，得到各自对应的最小值，从而确定各阶段的运动时间和运动总时间；判断匀速时间是否大于零，若是，则各阶段的运动时间和运动总时间不变，且以给定的轨迹参数为路径轨迹参数，若不是，则以加速度连续或最小运动时间的方式确定各阶段的运动时间、运动总时间和路径轨迹参数；判断位置运动时间和姿态运动时间的大小，以两者之中较长的时间为给定时间，对时间较长的运动保持路径轨迹参数不变，对时间较短的运动按给定时间进行重规划，根据最终确定的位置运动和姿态运动下的实际轨迹参数，得到机械臂的规划路径。2.如权利要求1所述的三次三段式的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，在确定位置运动时间或姿态运动时间的过程中：根据给定的最大加速度和最大速度得到最大加加速度；根据最大加速度和最大加加速度的比值确定加速时间；根据最小加速度和最小加加速度的比值确定减速时间；根据最大速度v
max
、加速时间、减速时间以及位置或姿态变化参数确定匀速时间；即；其中，N为路径总长度或姿态变化总角度。3.如权利要求1所述的三次三段式的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，在确定位置运动时间或姿态运动时间的过程中，加速度连续的方式为：根据路径的对称和最大加加速度确定路径轨迹参数中的路径最大加速度；根据路径最大加速度和最大加加速度的比值确定加速时间和减速时间，且加速时间和减速时间相等，匀速时间为零；根据最大加加速度和加速时间确定路径轨迹参数中的路径最大速度，即；在确定位置运动时间或姿态运动时间的过程中，最小运动时间的方式为：通过求解方程得到加速时间和减速时间，且加速时间和减速时间相等，匀速时间为零，方程为：，其中，N为路径总长度或姿态变化总角度；将给定的最大加速度作为路径轨迹参数中的路径最大加速度，根据路径最大加速度、加速时间和最大加加速度得到路径轨迹参数中的路径最大速度，即。4.如权利要求1所述的三次三段式的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，对时间较短的运动按给定时间进行重规划的过程包括：
根据给定时间T、给定的最大速度以及位置或姿态变化参数确定加速时间和匀速时间；其中，加速时间为：；匀速时间为：；其中，N为路径总长度或姿态变化总角度；将给定时间减去加速时间和匀速时间得到减速时间；根据给定的最大速度和加速时间确定实际最大加加速度，根据实际最大加加速度和加速时间的乘积得到实际轨迹参数中的实际最大加速度，将给定的最大速度作为实际最大速度；判断匀速时间是否大于零，若是，则各阶段的运动时间和实际...

【专利技术属性】
技术研发人员：王迎智，靳津，张书猛，
申请(专利权)人：极限人工智能北京有限公司，
类型：发明
国别省市：