[发明专利]一种轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种轨迹规划方法，该方法首先在笛卡儿空间中利用PH曲线平滑竖直运动与水平运动间的直角过渡部分，确定运动轨迹；接着利用多项式运动规律对轨迹的1维曲线位移进行规划，确定运动轨迹插补点的位置；最后以最小化拾放操作周期为目标优化PH曲线参数，并经过推导证明该优化方法能得到PH曲线下最小的曲率差。本发明还公开了并联机器人轨迹规划方法在Delta机器人系统中的应用。本发明的轨迹规划方法的拾放操作具有较短的运动周期，轨迹平滑且有平稳的运动特性。本发明Delta机器人能够以90次/分钟的速度进行抓取操作，实现了并联机器人的高速作业。

技术领域

本发明涉及并联机器人技术领域，具体的说，是关于一种轨迹规划方法。

背景技术

Delta机器人是应用最为成功的并联机构之一。它是一种高速、轻载的并联机器人，通常具有3～4个自由度。Delta机器人具有速度快、定位精确、成本低、效率高等优点，被广泛应用于食品、药品和电子产品等物品的流水包装线上，用来完成大批量、重复性、快速的分拣、抓取、装配等操作，而目前高速高精度Delta并联机器人的控制系统主要依赖于国外技术，因此研究Delta机器人对提升我国装备制造业有重要意义。

国内外学者对如何提高Delta机构高速高频工作时的运动精度与稳定性进行了广泛、深入的研究表明，机器人末端执行器在运动过程中的运动轨迹和运动规律会影响机构的动态精度，因此有效的轨迹规划至关重要。在上述抓取、分拣等领域，Delta机器人主要进行拾放操作(PPO)。拾放操作常采用门字形轨迹，包括竖直、水平、竖直3部分.由于竖直方向与水平方向连接处存在直角，因此容易发生冲击、振动，不利Delta机器人的高速运行。为使门字形轨迹更加平滑，张祥提出基于修正梯形运动规律的弧线过渡的拾放操作轨迹，该方法减小了直角过渡的冲击，但是在时间指标等方面仍然存在提升空间。解则晓提出了一种利用Lam′e曲线进行拐点平滑过渡的Delta并联机器人拾放操作轨迹规划方法，该方法在减小运动过程中机械手残余振动方面效果良好，但是Lam′e曲线计算复杂，不利于系统实现实时性。近年来，很多学者对PH曲线进行了研究。王怿等针对无人机在动态环境下沿参考轨迹飞行的问题，提出了基于3维PH曲线的路径跟踪算法，PH曲线曲率连续、曲线平滑，能满足运动学约束。Jahanpour等人利用PH曲线进行拐角过渡，使得高速加工中伺服的滞后性得到抑制。

关于PH曲线：Farouki等于1990年提出了PH曲线，用以建立曲线弧长和参数之间的精确关系.PH曲线是一类特殊的贝塞尔曲线，具有弧长可表示为参数的多项式函数等优点.因其特有的优点，其应用遍布高速数控加工、刀具轨迹偏置设计与半径补偿、机器人运动轨迹规划、计算机形位公差分析、交通线路设计等诸多领域。设P(τ)表示平面上一条n次贝塞尔曲线，其定义如下：

其中Pi＝(xi，yi)是曲线的控制顶点，i＝0；...；n，n为曲线多项式中最高次项的次数，τ为曲线参数.如果存在多项式σ(τ)使得：

则称P(τ)＝(x(τ)；y(τ))为n次PH曲线。

发明内容

为使Delta机器人系统具有较短的运动周期和较好的运动性能，提高其工作效率和精度，延长其机械寿命，本发明的拾放操作轨迹采用多项式运动规律，在轨迹过渡部分采用PH曲线，并通过最小化拾放操作周期来优化PH曲线参数。经过多次研究，获得了一种并联机器人轨迹规划方法，该轨迹规划方法可以解决现有的Delta并联机器人高速作业时笛卡儿空间轨迹不平滑的问题。因此，本发明的首要目的在于提供一种轨迹规划方法。本发明的第二个目的是提供所述的轨迹规划方法的应用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种轨迹规划方法，包括如下步骤：

步骤A、在拾放作业中的笛卡儿空间中利用PH曲线平滑竖直运动与水平运动间的直角过渡部分，确定运动轨迹；