[发明专利]机械臂及其轨迹规划方法和装置

说明书

本申请属于自动化领域，提出了一种机械臂及其轨迹规划方法和装置，该方法包括：确定机械臂运动过程所对应的所述机械臂的运动路径、各个路径点对应的关节角度；根据所述运动路径确定目标函数，结合机械臂自身的关节速度和关节力矩限制条件，以及路径点对应的关节角度，确定所述关节可行的最大速度和最大加速度；根据所确定的最大速度和最大加速度，对所述机械臂进行轨迹规划，从而在满足机械臂关节的运动极限的前提下，提高关节运动速度，有利于提高机械臂的操作效率。

技术领域

本申请属于自动化领域，尤其涉及机械臂及其轨迹规划方法和装置。

背景技术

在多轴机械臂的轨迹规划中，为了保证整个运动的平稳性，一般采用S形速度规划方法。该S形规划方法将整个运动过程划分为7个阶段，依次为：加速度增大的加速运动、匀加速运动、加速度减小的加速运动、匀速运动、加速度增大的减速运动、匀减速运动和加速度减小的减速运动。这种运动速度规划方法充分考虑了关节运动的加减速过程，有利于保证整个运动过程的平稳性而被广泛采用。

但是，这种轨迹规划方法需要设定期望达到的最大速度和最大加速度，以此来计算各个阶段的运动时间。由于缺少参数，目前一般通过经验或直观感觉的方式来确定。如果设定不准确，则容易超出机械臂的运动极限，或者影响机械臂的操作速度。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种机械臂的轨迹规划方法和装置，以解决现有技术中机械臂的轨迹规划容易超出机械臂的运动极限，或者影响机械臂的操作速度的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种机械臂的轨迹规划方法，所述方法包括：

确定机械臂运动过程所对应的所述机械臂的运动路径、各个路径点对应的关节角度；

根据所述机械臂的运动路径确定目标函数，结合机械臂自身的关节速度和关节力矩限制条件，以及路径点对应的关节角度，确定所述关节可行的最大速度和最大加速度；

根据所确定的最大速度和最大加速度，对所述机械臂进行轨迹规划。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能实现方式中，确定机械臂运动过程所对应的所述机械臂的运动路径，包括：

确定所述机械臂运动过程中描述运动路径的标量参数，建立所述标量参数与机械避孕运动路径的对应关系。

结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第二种可能实现方式中，在建立所述标量参数与机械避孕运动路径的对应关系之后，所述方法还包括：

将所述运动路径对应的标量参数的取值归一化处理。

结合第一方面的第二种可能实现方式，在第一方面的第三种可能实现方式中，所述标量参数的取值归一化处理后，所述运动路径的起点与所述标量参数中的0值对应，所述运动路径的终点与所述标量参数的1值对应。

结合第一方面，在第一方面的第四种可能实现方式中，根据所述机械臂的运动路径确定目标函数，结合机械臂自身的关节速度和关节力矩限制条件，以及路径点对应的关节角度，确定所述关节可行的最大速度和最大加速度，包括：

根据所述关节速度和关节力矩限制条件：确定时间最短的目标函数：确定所述关节可行的最大速度和最大加速度，其中，和分别表示机械臂的关节所允许的最小速度和最大速度，τ_min和τ_max表示机械臂关节能输出的最小力矩和最大力矩，表示由标量参数s和标量参数s的一阶导数表示的关节速度，表示由标量参数s及其一阶导数、二阶导数表示的关节力矩，t0为运动起点时间，te为运动结束时间。

结合第一方面，在第一方面的第五种可能实现方式中，根据所确定的最大速度和最大加速度，对所述机械臂进行轨迹规划，包括：