[发明专利]基于实时运动的笛卡尔空间轨迹规划方法和系统

说明书

本发明提供了一种基于实时运动的笛卡尔空间轨迹规划方法和系统，包括：步骤1：获取笛卡尔空间中的路径点；步骤2：根据笛卡尔空间中路径点的个数规划，生成第一段轨迹规划器；步骤3：根据运动周期，通过第一段轨迹规划器生成带有时刻的位置信息，并下发至被控对象；步骤4：获取当前轨迹规划器的规划时间，除以运动周期后取整再乘以运动周期，得到时间基座，若当前轨迹不是最后一段轨迹且运动时间比时间基座少一个运动周期时，生成下一段轨迹规划器；步骤5：判断当前轨迹为最后一段轨迹，且运动时间等于轨迹规划器的规划时间时，完成轨迹规划。本发明采用圆弧过渡匀速规划的方式，避免了被控对象出现速度突跳现象，保证被控对象运动顺滑性。

技术领域

本发明涉及轨迹规划技术领域，具体地，涉及一种基于实时运动的笛卡尔空间轨迹规划方法和系统。

背景技术

大多数情况下，笛卡尔空间轨迹规划均是以直线路径为主，机械臂末端在不同路径点之间均以直线插补，机械臂末端运动至某位置时已减速为零，再加速运动至下一位置，并保证运动至下一位置时也减速为零，再不断重复上述动作。但对于路径点较多，且相邻路径点距离不大的情况，该轨迹规划方法存在较大问题，频繁的启停没有充分利用机械臂的工作能力，降低了机械臂工作效率，并且严重影响机械臂传动系统的寿命。

部分情况下，笛卡尔空间轨迹规划中的直线路径会加上圆弧过渡，并且将直线与圆弧的距离之和作为轨迹规划的总距离，再辅以运动学约束进行轨迹规划，由于机械臂在圆弧过渡时受到加速度约束影响较大，导致机械臂无法达到较大速度，浪费了机械臂的工作性能，降低其工作效率。

专利文献CN106313047B(申请号：CN201610860966.1)公开了一种基于Bezier样条的机器人实时拐角过渡方法，包括以下步骤：记录关节空间起始点，过渡点的坐标，笛卡尔空间目标点，过渡点的坐标，笛卡尔空间的过渡半径R及最大误差约束；计算笛卡尔空间过渡曲线起点和终点的坐标和关节空间过渡曲线起点的坐标；计算笛卡尔空间过渡曲线起点和终点速度方向单位矢量；计算笛卡尔卡尔空间过渡曲线中间控制点的坐标，并求解Bezier样条曲线的构造函数；最后进行速度规划和插补。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于实时运动的笛卡尔空间轨迹规划方法和系统。

根据本发明提供的基于实时运动的笛卡尔空间轨迹规划方法，包括：

步骤1：通过用户输入或自动识别，获取笛卡尔空间中的路径点；

步骤2：根据笛卡尔空间中路径点的个数进行直线规划和圆弧过渡匀速规划，生成第一段轨迹规划器；

步骤3：根据运动周期，通过第一段轨迹规划器生成带有时刻的位置信息，并下发至被控对象；

步骤4：获取当前轨迹规划器的规划时间，除以运动周期后取整再乘以运动周期，得到时间基座，若当前轨迹不是最后一段轨迹且运动时间比时间基座少一个运动周期时，生成下一段轨迹规划器；

步骤5：判断当前轨迹为最后一段轨迹，且运动时间等于轨迹规划器的规划时间时，完成轨迹规划。

优选的，所述步骤1包括：若相邻两个路径点的距离不在预设范围内，则返回无法规划信息；若相邻两个路径点的距离在预设范围内，则保存所有笛卡尔空间中路径点。

优选的，仅有两个笛卡尔空间路径点A点和B点时，采用直线规划，计算两路径点的直线距离，再设定笛卡尔空间最大线速度v_max和最大线加速度a_max，利用梯形速度轨迹得到这两个路径点的全部轨迹，规划从A点运动至B点的轨迹P公式为：

其中，A点和B点速度均为零，OP为任意时刻下的轨迹点，OA为A点坐标，AB为A点和B点的线段向量，u为梯形速度轨迹规划器规划值。