[发明专利]一种抗噪与动力学约束的机器人实时运动规划方法及装置

说明书

本发明公开了一种抗噪与动力学约束的机器人实时运动规划方法及装置，其中，所述方法包括：读取当前时刻机器人的关节角度、关节角速度的反馈；基于当前的关节角和关节角加速度与机器人的惯性矩阵、哥矢力与离心力矩阵和重力矩推导当前角加速度的上下限；获得机器人的期望轨迹，计算机器人的跟踪误差及其对应的导数；在机器人的控制系统存在噪声情况下，设置机器人在实现轨迹跟踪时的加速度等式约束条件；计算机器人角加速度以及辅助变量的变化率；基于机器人角加速度以及辅助变量的变化率更新机器人的角加速度指令。在本发明实施例中，能够在控制系统存在噪声的情况下，实现机器人末端对期望轨迹的高精度轨迹跟踪。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种抗噪与动力学约束的机器人实时运动规划方法及装置。

背景技术

机器人运动规划是机器人高精度运动控制的重要前提。其核心问题是针对机器人末端执行器的期望运动，从机器人关节空间规划相应的运动指令，是机器人末端执行器在遵循预设轨迹的同时，保证机器人自身的固有约束。

目前机器人的运动规划可以离线运动规划与在线运动规划分为两大类。顾名思义，离线规划无法在机器人作业的过程中同时进行规划，效率略低。目前的在线运动规划以雅克比矩阵求逆法为主，其做法基本都是将问题的解描述为一个最小范数解加上一个同类解，即解析解的形式。对实际机器人系统而言，机器人的物理约束是多层面的，这些约束不仅包括角度、角速度，更包括角加速度与驱动力矩，这是机器人机电系统的本质决定的。此外，机器人系统必然受到外界测量噪声的影响，如何在系统受到诸多约束与噪声影响下，设计机器人的高效在线运动规划方法，是一个待解决的重要难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种抗噪与动力学约束的机器人实时运动规划方法及装置，能够在控制系统存在噪声的情况下，实现机器人末端对期望轨迹的高精度轨迹跟踪。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种抗噪与动力学约束的机器人实时运动规划方法，所述方法包括：

读取当前时刻机器人的关节角度、关节角速度的反馈，获得机器人的关节角度和关节角加速度；

基于当前的关节角和关节角加速度与所述机器人的惯性矩阵、哥矢力与离心力矩阵和重力矩推导当前角加速度的上下限；同时，

获得所述机器人的期望轨迹，基于所述期望轨迹计算所述机器人的跟踪误差及其对应的导数；

在所述机器人的控制系统存在噪声情况下，基于所述跟踪误差及其对应的导数设置所述机器人在实现轨迹跟踪时的加速度等式约束条件；

基于所述当前角加速度的上下限和所述加速度等式约束条件计算机器人角加速度以及辅助变量的变化率；

基于机器人角加速度以及辅助变量的变化率更新所述机器人的角加速度指令。

2、根据权利要求1所述的机器人实时运动规划方法，其特征在于，所述方法还包括：

建立机器人数学模型，并基于机器人当前的关节角、关节角速度、关节角加速度以及关节力矩的约束建立机器人的物理约束模型；

基于所述机器人数学模型及所述物理约束模型建立与角加速度相关的综合物理不等式模型。

3、根据权利要求2所述的机器人实时运动规划方法，其特征在于，所述机器人数学模型如下：

所述物理约束模型如下：