[发明专利]用于实现G2连续的机器人双NURBS轨迹插补方法、装置及系统

说明书

本发明提供了用于实现G2连续的机器人双NURBS轨迹插补方法、装置及系统，涉及机器人轨迹规划控制技术领域。本发明所述的方法，包括：获取机器人离散轨迹；生成位置NURBS轨迹；对位置NURBS轨迹进行离散，根据离散点确定弧长参数，建立u‑s模型；生成姿态NURBS轨迹；建立w‑u模型；根据S型速度模型、u‑s模型和w‑u模型，按照固定采样周期，得到双NURBS轨迹的离散位姿插补点，以通过逆运动学求解离散插补点，得到机器人关节空间的插补轨迹。本发明所述的技术方案，通过采用双NURBS轨迹，保证机器人末端位姿轨迹G2连续，保证了运动的平顺，且能连续通过所有位姿点；通过建立位置NURBS轨迹参数与弧长参数的映射关系，减少插补过程中的速度波动，实现机器人轨迹的有效规划。

技术领域

本发明涉及机器人轨迹规划控制技术领域，具体而言，涉及用于实现G2连续的机器人双NURBS轨迹插补方法、装置及系统。

背景技术

机器人加工领域需要保证末端位姿轨迹满足误差约束和加速度/冲击的连续性。由计算机辅助(CAM，Computer aided manufacture)软件产生的机器人轨迹通常是小线段轨迹，而小线段表示的轨迹G0连续性，G1、G2不连续，系统频繁地加减速，容易引起机器人关节磨损，降低零件的加工精度和表面质量。

笛卡尔空间的机器人末端轨迹包含了位置和姿态信息，因此机器人轨迹规划包含位置和姿态的规划。NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines，非均匀有理NURBS)曲线以其通用性和易实现的特性被广泛应用在机器人位置NURBS轨迹拟合中。NURBS由控制点和节点矢量即可定义，以其表示轨迹可以减少数据存储量。此外NURBS本身具备较高的连续性，三次NURBS曲线就可以保证G2连续，同时采用S型曲线速度控制，可减小速度突变对机器人的冲击、超程、失步或震荡。

机器人末端姿态轨迹被要求充分光滑，这样可以提高机器人的轨迹跟踪性能。根据机器人姿态描述方式的不同，主要有：旋转矩阵、欧拉角、RPY和四元数等。四元数因为描述简单，直观，计算量等优点而被广泛应用在机器人姿态轨迹拟合中。四元数姿态插补主要包括：四元数线性插补、(2)球面线性插补，以及球面样条插补。但是，球面线性插值只有C0连续性，且球面样条插补也仅有C1连续性，无法满足实际规划的需要。为了得到连续性更高的C2连续的四元数样条曲线被提出。

但目前对机器人工具中心点(TCP，Tool Center Point)轨迹点和姿态轨迹进行整体规划和插补方法很难同时满足机器人位置和姿态轨迹G2连续，且双NURBS(Non-UniformRational B-Splines，非均匀有理NURBS)轨迹会存在参数不同步的问题。同时由于样条曲线的弧长和参数之间是非线性关系，这种非线性关系使得插补中产生速度波动，影响机器人正常轨迹。上述问题均会影响到机器人的轨迹规划。

发明内容

本发明解决的问题是如何有效实现G2连续的机器人轨迹规划。