[发明专利]一种针对机器人操作空间的时间最优轨迹规划方法和装置

权利要求书

1.一种针对机器人操作空间的时间最优轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.根据给定的与弧长参数有关的操作空间路径、设定的机器人各轴关节位移对时间的各阶导数，计算约束曲线MVC，所述约束曲线MVC为机器人在该路径下允许达到最大速度；

S2.根据所述操作空间路径和约束曲线MVC，在操作空间内进行路径积分，所得的积分路径为时间最优的轨迹规划结果；

所述步骤S2具体包括：

S21.从所述操作空间路径的起始点开始进行第一前向积分，所述第一前向积分的轨迹为第一前向积分曲线，所述第一前向积分在到达第一前向积分曲线与约束曲线MVC的交点时结束；所述第一前向积分结束时对应的弧长参数记为第一弧长参数；

S22.从所述操作空间路径中弧长参数等于第一弧长参数所对应的点开始寻找切换点；

S23.从所述切换点开始进行第一反向积分，所述第一反向积分的轨迹为第一反向积分曲线，所述第一反向积分在到达第一反向积分曲线与第一前向积分曲线的交点时结束，然后从所述切换点开始进行第二前向积分；

S24.重复循环执行步骤S21-S23，直到所述第二前向积分到达操作空间路径的终止点为止；

S25.从操作空间路径的终止点开始沿着反向积分曲线进行第二反向积分，所述第二反向积分的轨迹为第二反向积分曲线，所述第二反向积分在到达第二反向积分曲线与第一前向积分曲线的交点时结束，从而得到积分路径。

2.根据权利要求1所述的一种针对机器人操作空间的时间最优轨迹规划方法，其特征在于，所述操作空间路径包括平移曲线和姿态曲线。

3.根据权利要求2所述的一种针对机器人操作空间的时间最优轨迹规划方法，所述机器人在操作空间中的运动用笛卡尔速度和笛卡尔加速度来表达，所述各轴关节位移对时间的各阶导数包括各轴关节速度和各轴关节加速度，所述各轴关节速度和各轴关节加速度分别对应设定的限制条件，所述步骤S1中，通过以下步骤计算约束曲线MVC：

S11.根据机器人的几何结构，获得各轴关节速度与笛卡尔速度的映射关系、各轴关节加速度与笛卡尔加速度的映射关系，以及各轴关节加加速度与笛卡尔加加速度的映射关系；

S12.根据各轴关节速度与笛卡尔速度的映射关系，以及笛卡尔速度与弧长参数的一阶导数的映射关系，计算得到用于约束弧长参数的一阶导数的第一限制条件；

S13.根据各轴关节加速度与笛卡尔加速度的映射关系，以及笛卡尔加速度与弧长参数的二阶导数的映射关系，计算得到用于约束弧长参数的二阶导数的第二限制条件；

S14.根据各轴关节加加速度与笛卡尔加加速度的映射关系，以及笛卡尔加加速度与弧长参数的三阶导数的映射关系，计算得到用于约束弧长参数的三阶导数的第三限制条件；

S15.根据第一限制条件、第二限制条件和第三限制条件，计算得到约束曲线MVC。

4.根据权利要求3所述的一种针对机器人操作空间的时间最优轨迹规划方法，所述各轴关节速度、各轴关节加速度和各轴关节加加速度对应设定的限制条件为其特征在于：

所述各轴关节速度与笛卡尔速度的映射关系为式中，v为笛卡尔速度，J为与机器人的几何结构有关的雅克比矩阵，为各轴关节速度，为各轴关节加速度，为各轴关节加加速度，为的最小值，为的最大值，为的最小值，为的最大值，为的最小值，为的最大值，k为轴关节的编号，dof为轴关节的最大编号；

所述笛卡尔速度与弧长参数的一阶导数的映射关系为式中，v为笛卡尔速度，f(s)为操作空间路径，为弧长参数的一阶导数；

所述第一限制条件为式中，a_k(s)＝J^-1f′(s)。