[发明专利]一种六轴串联工业机器人末端的姿态轨迹过渡规划方法

说明书

本发明公开了一种六轴串联工业机器人末端的姿态轨迹过渡规划方法，本发明采用四元数描述姿态，利用了三次四元数准均匀B样条曲线作为姿态轨迹过渡段，实现姿态轨迹的平滑过渡。简化了四元数样条曲线控制点的求取方式，降低了算法的实施难度。姿态轨迹过渡段的角位移长度求取采用了复化六点高斯勒让德积分法，插补计算利用了牛顿迭代法结合六点高斯勒让德积分法的方式。从而驱动六轴串联工业机器人末端在整个平滑的路径上连续运动，获得了平滑的运动轨迹，避免了频繁的加减速，提高了六轴串联工业机器人的运行效率，满足了生产实际的工艺需求。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别涉及一种六轴串联工业机器人末端的姿态轨迹过渡规划方法。

背景技术

六轴串联工业机器人末端的姿态轨迹规划算法需要在两个或多个姿态示教点之间构造平滑的姿态轨迹，但姿态轨迹缺乏直观性且描述姿态的方式相对复杂，因此关于姿态轨迹规划的研究比较困难。然而六轴串联工业机器人末端的姿态轨迹规划算法对于六轴串联工业机器人的运行效率同样有着很大的影响，好的的姿态轨迹规划算法可以极大的提高六轴串联工业机器人的运动精度，降低六轴串联工业机器人受到的振动冲击，从而延长六轴串联工业机器人的使用寿命，因此对于六轴串联工业机器人末端的姿态轨迹规划算法的研究十分重要。但常见的姿态轨迹规划算法如基于四元数的球面线性插补算法构造出的姿态轨迹在轨迹衔接处同样存在轨迹突变问题，导致六轴串联工业机器人在姿态轨迹衔接处的角速度必须降为零，六轴串联工业机器人仍会进行频繁的加减速，降低了六轴串联工业机器人的运行效率。因此需要设计姿态轨迹过渡规划算法利用姿态样条曲线构造姿态轨迹过渡段对姿态轨迹进行过渡处理，但是采用欧拉角、旋转矩阵和轴角法描述姿态时很难推导出姿态样条曲线的参数表达式，算法实施难度大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可实现姿态轨迹的平滑过渡、提高机器人运行效率的六轴串联工业机器人末端的姿态轨迹过渡规划方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种六轴串联工业机器人末端的姿态轨迹过渡规划方法，包括以下步骤：

S1、令i＝1，N为给定运动路径的总段数；

S2、在由姿态示教点Q_i和Q_i+1构成的球面线性插补轨迹和由姿态示教点Q_i+1和Q_i+2构成的球面线性插补轨迹之间进行平滑过渡；其中，利用三次四元数准均匀B样条曲线作为姿态轨迹过渡段；姿态示教点Q_i和Q_i+1分别为第i段姿态轨迹的起始姿态点和终止姿态点；姿态示教点Q_i+1和Q_i+2分别为第i+1段姿态轨迹的起始姿态点和终止姿态点；

S3、根据第i段姿态轨迹的姿态示教起始姿态点Q_i和终止姿态点Q_i+1求取第i段姿态轨迹的角位移长度θ_i和参数Q′_i(u)；参数Q′_i(u)的表达式如下：

S4、根据第i+1段姿态轨迹的姿态示教起始姿态点Q_i+1和终止姿态点Q_i+2求取第i+1段姿态轨迹的角位移长度θ_i+1和参数Q′_i+1(u)；参数Q′_i+1(u)的表达式如下：

S5、根据第i段姿态轨迹的角位移长度θ_i、第i+1段姿态轨迹的角位移长度θ_i+1和给定姿态过渡半径求取实际姿态过渡半径

S6、根据第i段姿态轨迹的角位移长度θ_i和实际姿态过渡半径求取第i段姿态轨迹过渡段的姿态过渡起点对应的参数值，再根据参数Q′_i(u)和导数的求取方式求取第i段姿态轨迹在姿态过渡起点处的姿态、一阶导数和二阶导数；