[发明专利]一种笛卡尔空间的轨迹规划方法及装置

说明书

本发明提供了一种笛卡尔空间的轨迹规划方法及装置，其技术方案包括：获取多轴设备末端的若干个路径节点的位姿，其中，位姿包括笛卡尔位置空间的位置坐标和笛卡尔姿态空间的姿态坐标，其中，姿态坐标用三维的连续欧拉角表示；对路径节点的位姿进行路径拟合，获得多轴设备末端的笛卡尔空间的规划路径；根据规划路径的各路径点的位姿，获得笛卡尔空间的规划轨迹。本发明的实施例的技术方案对姿态坐标采用连续取值的连续欧拉角表示，解决了常规欧拉角在插补时的奇异点问题和四元数在插补时姿态不连续问题，实现了笛卡尔空间基于位姿的连续规划。

技术领域

本发明涉及运动控制相关技术领域，尤其涉及一种笛卡尔空间的轨迹规划方法及装置。

背景技术

机器人为一种多轴设备，机械人末端(也称为执行端)的姿态最直观的表示方法是欧拉角，但是在械人末端轨迹规划时因为欧拉角存在奇异点，不适合进行插补，且无法实现其中姿态的规划。

现有技术把欧拉角在限定范围内只用于姿态规划，对于包含多段的姿态规划的轨迹规划，则把欧拉角转换为四元数，再基于四元数进行姿态插补，从而规划机械人末端的姿态，解决了欧拉角奇异点的影响。

但是因为基于四元数的轨迹插补方法本质在一个球面上进行，导致快速变化的节点前后的姿态可能是不连续的。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种笛卡尔空间的轨迹规划方法及装置，其技术方案包括：获取多轴设备末端的若干个路径节点的位姿，其中，位姿的姿态坐标，其中，所述姿态坐标用三维的连续欧拉角表示；对所述路径节点的所述位姿进行路径拟合，获得多轴设备末端的笛卡尔空间的规划路径；根据所述规划路径的各路径点的所述位姿，获得笛卡尔空间的规划轨迹。本发明的实施例的技术方案对姿态坐标采用连续取值的连续欧拉角表示，解决了常规欧拉角在插补时的奇异点问题和四元数在插补时姿态不连续问题，实现了笛卡尔空间基于位姿的连续规划。

第一方面，本发明实施例提供了一种笛卡尔空间的轨迹规划方法，包括：获取多轴设备末端的若干个路径节点的位姿，所述位姿包括笛卡尔位置空间的位置坐标和笛卡尔姿态空间的姿态坐标，其中，所述姿态坐标用三维的连续欧拉角表示，当多轴设备末端从第i个路径节点运动到第i+1个路径节点时，第i+1个路径节点的第j维的所述连续欧拉角等于第i个路径节点的第j维的所述连续欧拉角与在该运动过程中第j维的欧拉角的旋转角度之和该旋转角度是正向旋转的角度；利用所述位姿对所述路径节点进行平滑拟合，获得多轴设备末端的笛卡尔空间的规划路径；根据所述规划路径的各路径点的所述位姿，获得笛卡尔空间的规划轨迹。

由上，对姿态坐标采用连续取值的连续欧拉角表示，解决了常规欧拉角在插补时的奇异点问题和四元数在插补时姿态不连续问题，实现了笛卡尔空间基于位姿的连续规划。

在第一方面的一种可能实施方式中，所述根据所述各路径点的所述位置长度和所述角度长度，获得笛卡尔空间的规划轨迹，包括：由所述路径点的所述位置长度和所述角度长度组成所述路径点的路程空间坐标，根据所述路程空间坐标对所述路径点进行路程空间轨迹插补，获得所述路程空间的路程轨迹；根据所述路程空间的路程轨迹获得所述规划轨迹。

由上，把各规划路径点在笛卡尔空间的6维度位姿转换为在路程空间的2维度路程坐标，不仅解决欧拉角的奇异点的问题和四元数在插补时姿态不连续问题，而且降低了规划计算的复杂度，提高了规划效果。

在第一方面的一种可能实施方式中，所述根据所述路程空间坐标对所述路径点进行路程空间轨迹插补，获得所述路程空间的路程轨迹，包括：根据多轴设备末端在笛卡尔空间的运动学约束条件，获得多轴设备末端在所述路程空间的运动学约束条件；在所述路程空间的运动学约束条件下，根据所述路程空间坐标对所述路径点进行路程空间轨迹插补，获得所述路程空间的路程轨迹，各路程轨迹点的速度、加速度和加加速度连续。