[发明专利]一种动态调整机器人运行速度的轨迹规划方法及装置

说明书

本发明公开了一种动态调整机器人运行速度的轨迹规划方法及装置，所述轨迹规划方法包括：设计一个加速度置零运动，获取加速度置零运动的急动度变化律即第一急动度变化律；对加速度置零运动后的状态转移到目标状态的过程进行规划，获取第二急动度变化律；组合第一急动度变化律和第二急动度变化律，获取第三急动度变化律；对第三急动度变化律进行连续积分得到加速度、速度以及位置随时间的变化规律，完成由当前状态转移到目标状态的轨迹规划；本发明的方法能够处理当前加速度不为零和当前速度约束不能满足的情形，可用于实现机器人运行速度的动态调整。

技术领域

本发明涉及机器人运动规划领域，更具体涉及一种动态调整机器人运行速度的轨迹规划方法及装置。

背景技术

根据能否在机器人运动过程中对轨迹进行动态调整，机器人轨迹规划分为离线规划和在线规划两类。在线轨迹规划目的之一是使机器人能够对外界环境变化做出实时响应。与离线轨迹规划相比，在线轨迹规划对实时性有要求，须要在确定的时间内给出结果。

在线轨迹规划根据获取的外界信息，更新约束条件，并重新生成轨迹，以响应约束条件的变化。约束条件包括运动学约束和动力学约束，实际应用中大多采用运动学约束。运动学约束是对速度、加速度和急动度(加加速度)等的限制。在线轨迹规划的一种应用是通过动态调整机器人运行速度，提高机器人运行时的安全性，具体过程为：当环境传感器监测到人员靠近或远离机器人时，减小或增大机器人的最大允许速度，即更新速度约束；根据更新后的速度约束，对由当前状态到目标状态的轨迹进行规划；控制器以此轨迹作为参考输入控制机器人运动，机器人运行速度将动态调整。

动态调整机器运行速度，对轨迹规划带来两个挑战：第一，为保证运动平稳，希望加速度连续，在速度约束发生更新时，加速度不一定为零，轨迹规划应能够处理当前加速度不为零的情形；第二，在速度约束更新后，当前速度可能会超出当前的最大允许速度，但速度不能跃变，当前速度约束并不能满足，轨迹规划也应能够处理此种情形。现有技术中的轨迹规划方法并不能处理这两种情形，从而难以实现机器人运行速度的动态调整。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种能够对机器人运行速度进行动态调整的轨迹规划方法及装置。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种动态调整机器人运行速度的轨迹规划方法，所述轨迹规划方法包括：

步骤一：根据全程运动学约束，当前速度、当前加速度以及当前速度约束，设计一个加速度置零运动，使得经此运动后，加速度为0并且能够满足当前速度约束，获得的加速度置零运动的急动度变化律作为第一急动度变化律；

步骤二：对由加速度置零运动后的状态转移到目标状态的过程进行规划，获取第二急动度变化律，其中，所述状态包括：速度、加速度和位置；

步骤三：组合第一急动度变化律和第二急动度变化律，获取由当前状态转移到目标状态的第三急动度变化律，对第三急动度变化律进行连续积分得到加速度、速度以及位置随时间的变化规律，完成由当前状态转移到目标状态的轨迹规划。

本发明通过设计一个加速度置零运动，使得经此运动后，加速度变为0且满足当前速度约束，可以处理当前速度约束不能满足的情形，在获取加速度置零运动的急动度变化律即第一急动度变化律后，结合现有技术对加速度置零运动后的状态转移到目标状态的过程进行规划，获取第二急动度变化律，组合第一急动度变化律和第二急动度变化律，获取由当前状态转移到目标状态的第三急动度变化律，对第三急动度变化律进行连续积分得到加速度、速度以及位置随时间的变化规律，最终完成由当前状态转移到目标状态的轨迹规划，本发明提出的方法能够处理当前加速度不为零以及当前速度约束不能满足的情形，可用于实现机器人运行速度的动态调整。

优选的，所述步骤一中，全程运动学约束为：最大允许加速度大小a_max，最大允许急动度大小J_max；当前速度约束为：最大允许速度v_max且速度大于等于零。