[发明专利]一种工业机器人应用的过渡轨迹规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业机器人应用的过渡轨迹规划方法。

背景技术

工业机器人已经被广泛应用于多个领域，在现代工业自动化、智能化的发展中发挥着越来越突出的作用。运动轨迹规划是机器人控制系统的一项基本任务，工业机器人的运动轨迹通常有笛卡尔空间的直线、圆弧，以及关节空间的点到点运动轨迹。实际应用场合中，一般是由多条轨迹顺序衔接完成一项加工任务，然而，相邻两条轨迹在衔接处存在拐角，而许多应用要求轨迹平滑没有拐角，即末端点从一条轨迹平滑过渡到下一条轨迹。两条轨迹之间的切换轨迹称为过渡轨迹。

目前，对过渡段的轨迹规划有部分研究，常以圆弧、多项式曲线来构造过渡轨迹。其中，圆弧过渡可以保证轨迹平滑、速度匀速，有较广泛的应用，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)，就是针对焊接机器人，过渡段焊缝采用圆弧来衔接直线段焊缝和圆弧段焊缝，但圆弧过渡在过渡段与轨迹段衔接处存在加速度的跃变，影响轨迹的平滑性，可能导致机械振动，且圆弧过渡无法实现相邻两段仅有姿态变化的轨迹过渡，对其他有此需求的应用场合就不适用了；多项式曲线过渡，包括样条函数、Hermite函数、五次多项式等，借助高阶连续性的特性可以保证加速度的平滑，减少振动，有利于高速运动，其中五次多项式过渡算法的研究较多，如：文献《机械手笛卡尔空间轨迹规划研究[J].》(林仕高,刘晓麟,欧元贤《机械设计与制造》,2013(3):49-52)对位姿6个自由度分别用五次多项式构造过渡曲线，不仅能保证轨迹、速度、加速度的平滑，且能完成仅有姿态变化的轨迹间的过渡，但五次曲线的几何形状难以控制，而且缺乏工程约束条件。以上研究是基于笛卡尔空间两条轨迹之间的轨迹过渡，对关节空间轨迹到笛卡尔空间轨迹的过渡研究较少，而不同轨迹之间的不停顿运动对于提高工作效率是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术存在的缺陷，提出了一种工业机器人应用的过渡轨迹规划方法，构造一条能保证轨迹、速度、加速度平滑的过渡曲线，实现关节空间轨迹与笛卡尔空间轨迹的过渡、笛卡尔空间两条轨迹的过渡，对于仅姿态变化的轨迹也能实现过渡，过渡轨迹形状能够受控。同时从工程应用角度，对过渡段的边界路径速度和姿态旋转速度进行约束。

本发明的基本技术方案包括以下步骤：

步骤1：将过渡轨迹规划需要的运动参数导入机器人过渡轨迹规划模块

机器人末端点位姿由位置矢量(x,y,z)和RPY姿态矢量(α,β,γ)共同描述，组合成一个6自由度的复合矢量(x,y,z,α,β,γ)，过渡轨迹规划涉及的运动参数有：第一条轨迹起点位姿P₀、终点位姿P₁，第二条轨迹终点位姿P₂，过渡参数百分比a，工程约束条件包括：系统最大速度V_max、系统最大加速度A_max、系统允许的最大弓高误差E_max。

步骤2：确定轨迹P₀P₁与轨迹P₁P₂之间过渡轨迹的起点和终点的位姿

当轨迹P₀P₁是笛卡尔空间的直线轨迹时，过渡起点P_s到拐点P₁的直线长度是轨迹P₀P₁直线长度的一半乘以过渡参数百分比a；当轨迹P₀P₁是笛卡尔空间的圆弧轨迹时，过渡起点P_s到拐点P₁的弧长是轨迹P₀P₁弧长的一半乘以过渡参数百分比a；设定过渡起点P_s到拐点P₁的RPY姿态矢量变化对应轨迹P₀P₁的RPY姿态矢量变化的一半乘以过渡参数百分比a。

当轨迹P₀P₁是关节空间轨迹时，设定过渡起点P_s到拐点P₁的各关节位置变化对应轨迹P₀P₁各关节位置变化的一半乘以过渡参数百分比a，进一步根据正向运动学计算出过渡起点P_s的位姿。