[发明专利]一种带约束基于三角函数优化的机械臂S型速度规划方法

说明书

本发明公开了一种带约束基于三角函数优化的机械臂S型速度规划方法，在机械臂关节空间和笛卡尔空间约束条件分别为各关节角和末端位姿。在给定机械臂允许的速度规划参数范围内，用三角函数优化构建S型速度规划模型，使得加加速度曲线连续；根据约束条件判断机械臂的速度规划类型，进而调整机械臂允许达到的最大速度和最大加速度参数；根据三角函数和S型速度规划的运算特性给出求解过程，且通过四种S型速度规划的仿真结果，验证了方法的可靠性。本发明能实现S型速度规划加加速度的连续性，减弱了机械臂作业过程中各关节电机产生的冲击。

技术领域

本发明属于数控规划技术领域，涉及一种带约束基于三角函数优化的机械臂S型速度规划方法。

背景技术

轨迹规划是机器人运动控制的核心，旨在确定机器人末端执行器在其工作空间的轨迹。机器人轨迹规划具体是规划机器人末端或各个关节在起点和终点之间的路径、速度、加速度及加加速度等信息。机器人轨迹规划在两种空间中进行：关节空间和笛卡尔空间，但无论在哪个空间进行轨迹规划，均要保证所规划的轨迹是连续的、平滑的，并且满足机器人固有的运动参数要求，保证机器人平稳的运动。目前常见的工业机器人轨迹规划有梯形规划、S型规划及多项式规划，多项式规划中较多的是五次多项式规划。梯形规划最简单，但是由于其阶数较低，单段运动中加速度是不连续的，这样会带来机器人振动，对机器产生强烈的冲击；S型规划相较于梯形规划最高阶次多一阶，可以保证单段运动中加速度是连续的，但是加加速度是不连续的，依然会带来机械上的冲击，而且多段运动时，段与段之间的加速度的连续性是不能保证的，在段与段的衔接处很容易引起机械抖动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种带约束基于三角函数优化的机械臂S型速度规划方法。本发明方法将S型速度规划分为七段式、六段式、五段式和四段式4种类型。关节空间下，可以对各关节角分别进行S型速度规划，笛卡尔空间下，可以对末端位姿使用S型速度规划。可实现在路径长度约束下速度、加速度和加加速度的自动调整，同时采用三角函数优化轨迹曲线，可保证加加速度连续，有效避免了机器人作业过程中各关节电机产生的冲击。

本发明采用的技术方案如下：

一种带约束基于三角函数优化的的机械臂S型速度规划方法，包括如下步骤：预先设定机械臂系统允许的速度规划参数，包括：最大速度v_max、最大加速度a_max、最大加加速度J_max、以及位移s；

用三角函数优化构建S型速度规划模型；将S型速度曲线划分为七段式、六段式、五段式和四段式四种类型，根据所确定的机械臂系统允许的速度规划参数，结合带位移约束的分类判定条件确定机械臂系统在给定范围内能否到达最大速度和最大加速度，调整机械臂系统的速度规划参数，根据所构建的S型速度规划模型得到最终S型速度规划曲线。

上述技术方案中，通常设S型速度曲线由加加速阶段、匀加速阶段、减加速阶段、匀速阶段、加减速阶段、匀减速阶段、减减速阶段组成，各分段终时刻为t₁～t₇，各分段用时为T₁～T₇；

七段分段用时T₁～T₇分别为：

此外，

s₂＝s-s₁-s₃