[发明专利]一种直线轨迹间过渡运动的快速规划方法

说明书

本发明涉及一种直线轨迹间过渡运动的快速规划方法，本发明包含坐标系转换、过渡运动模型构建、过渡参数求取和过渡轨迹规划四个部分。本发明以过渡点位置控制轨迹误差，基于轨迹对称性采用三次多项式实现精确过渡运动时间和过渡速度的快速求取，并确保生成的过渡运动满足机械臂运动学约束，最终采用五次多项式完成过渡轨迹规划。规划过程简单高效，适用于高实时性要求的多段直线轨迹之间的过渡规划，并对于任意类型的机械臂轨迹规划都有适用性。

技术领域

本发明属于机器人轨迹规划领域，具体涉及一种机械臂直线轨迹间过渡运动的快速规划。

背景技术

机器人轨迹规划中，一个复杂操作命令往往包含有多种连续轨迹，而为提升机器人运动的整体效率，采用过渡轨迹代替原始轨迹能有效缩短运动时间，保持在连续轨迹上的连续运动。因此，研究一种精确性高、自适应能力强、过渡模型参数计算快速的衔接规划方法，可以有效地解决过渡轨迹的规划问题。

机械臂直线轨迹间过渡运动的快速规划方法，以过渡位置为输入值，并将空间坐标系中的任意连续直线轨迹转换至平面坐标系中以简化运算，在每个分量上都构建三次多项式运动模型，再以机器人的运动学约束求取过渡时间和过渡速度和加速度，最终采用五次多项式构建过渡轨迹。

发明内容

本发明为实现机械臂连续直线轨迹的衔接规划，并根据给定的原始轨迹自适应求取过渡点的过渡速度和整体过渡时间以实现符合运动学约束的轨迹规划，提出一种机械臂连续直线轨迹自适应过渡运动规划方法。该方法包括以下步骤：

步骤(1)：坐标系转换

确定过渡点在原始直线轨迹上的位置，两个过渡点P_W1与P_W2需要与两段直线轨迹的交点P_W3保持一样的距离L，以构建对称性；有且仅有一个交点的两条直线轨迹必然能构成一个平面，相邻的两段直线轨迹必能构成一个平面；因此，以两个过渡点所在的直线为x轴，以垂直于x轴并经过第一过渡点的直线为y轴，将空间中两条相邻的直线轨迹由三维空间坐标系{W}转换到平面坐标系{P}，使得过渡部分恰存在于平面坐标系的第一象限中；两个过渡点之间的距离为D＝||P_W1-P_W2||，则在平面坐标系中，过渡点的坐标分别为P₁＝(0,0)和P₂＝(D,0),两段直线轨迹的交点第一条直线轨迹在平面空间中的斜率为K＝P_3y/P_3x；

步骤(2)：过渡运动模型构建

由于原始轨迹存在的对称性，将此特征用于构建过渡轨迹的运动模型；因而，确定在过渡轨迹的顶点P₄，速度方向平行于x轴，在y轴方向上的速度分量为0，即为V_p＝(V_px,0)，而加速度则平行于y轴，在x轴上的分量为0，A_p＝(0,A_py)；对于第一过渡点P₁，速度为V_t＝(V_tx,V_ty)，加速度为A_t＝(A_tx,A_ty)，且满足

以此再结合三次多项式构建从第一过渡点至过渡轨迹顶点的运动模型；在x轴与y轴两个方向上，三次多项式表达式为

其中a_x、b_x、c_x、d_x为x轴方向三次多项式模型系数，a_y、b_y、c_y、d_y为y轴方向三次多项式模型系数；

根据从第一过渡点至过渡轨迹顶点的运动时间T_h，可得