[发明专利]基于分拣工艺的机械手轨迹规划方法

说明书

基于分拣工艺的机械手轨迹规划方法，通过下述方式实现：根据具体的分拣工艺，预先规定并联机械手各个关节和各个自由度的最大速度和加速度，作为下述轨迹优化过程中的约束条件；基于分拣工艺拾‑放动作的基础路径点，进行时间最优的插值轨迹优化，获得并联机械手操作空间的最优轨迹；将并联机械手操作空间的最优轨迹映射到关节空间，进行插值轨迹优化，获得并联机械手关节空间的最优轨迹。

技术领域

本发明提出了一种基于操作空间和关节空间联合轨迹规划的方法。

背景技术

并联机械手广泛应用于食品、医疗、化工等领域，而且要求其具有高速度和高精度。并联机械手的典型应用是分拣操作，即拾、放动作。伴随着生产效率的大幅提升，对拾、放动作速度的需求也越来越强，在高速动作状态下，会出现一系列问题，如并联机械手拾-放精度大幅降低、振动剧烈、构成部件磨损增大等，最终导致并联机械手的使用寿命大幅缩短，增加企业额外成本。

轨迹规划属于机械手规划的底层规划，其在路径规划关键点的基础上加入时间序列信息，即是对机械手任务执行的速度和加速度进行规划，以满足光滑性以及速度可控性等要求。并联机械手轨迹规划既可以在关节空间中也可在操作空间中(笛卡尔空间)进行，但都必须满足所规划的轨迹是连续和平滑的，从而使机械手运动平稳。在关节空间进行规划，是将关节变量表示成时间的函数，且其一阶和二阶的时间导数可以求出速度和加速度，以满足轨迹曲线的光滑性和连续性，这一过程中，大量的工作是对关节变量的插值运算。而在操作空间中相对较复杂，必须将机械手的位姿、速度和加速度表示为时间的函数，再由机械手的信息导出关节位移、速度和加速度。通常通过机械手运动学的反解求出关节位移，通过逆雅可比求出关节速度，通过逆雅可比和它的导数求出关节加速度。根据具体工艺要求给出各个路径节点后，规划的任务是解变换方程、进行运动学反解和插值运算。

发明内容

本发明的技术解决问题是：基于并联机械手分拣工艺的特点，提出一种基于操作空间和关节空间联合轨迹规划的方法，以提高并联机械手的运动平稳性，减少运动过程的冲击。

本发明的技术解决方案是：基于分拣工艺的机械手轨迹规划方法，通过下述方式实现：

根据具体的分拣工艺，预先规定并联机械手各个关节和各个自由度的最大速度和加速度，作为下述轨迹优化过程中的约束条件；

基于分拣工艺拾-放动作的基础路径点，进行时间最优的插值轨迹优化，获得并联机械手操作空间的最优轨迹；

将并联机械手操作空间的最优轨迹映射到关节空间，进行插值轨迹优化，获得并联机械手关节空间的最优轨迹。

进一步的，分拣工艺的基础路径从起始点开始包括上升直线段、圆弧过渡段、水平段、圆弧过渡段、下降直线段至终点；基础路径点为上述起始点、终点以及各段连接点。

进一步的，所述的插值轨迹优化采用B样条插值。

进一步的，并联机械手操作空间轨迹优化过程中的插值多项式的次数最高为5次，式中，s(t)、v(t)、a(t)分别为操作空间机械手末端单一运动方向上的位置、速度、加速度，最大加速度 a_max＝5.7735·S/T²，其中S为该段运动总位移，T为总运动时间；τ＝t/T为当前时刻t等效时间算子。

进一步的，获得并联机械手关节空间的最优轨迹优化过程中以时间最优为目标，速度或加速度约束条件。

进一步的，目标函数为t_i代表相邻基础路径点之间的时间间隔。

进一步的，并联机械手操作空间轨迹优化过程中的插值时间间隔为9-11ms。

进一步的，并联机械手操作空间轨迹优化过程在笛卡尔坐标系下进行。