[发明专利]一种机械臂多点运动轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种机械臂的多点运动轨迹规划方法，包括：获取机械臂连接关节空间中的起点及终点，获取机械臂连接关节空间任意数量路径点，采用自适应的多项式与关键点进行拟合，得到角度、速度、加速度关于时间的连续曲线方程，利用逆动力学计算机械臂各关节力矩，完成机械臂运动控制，反馈机械臂各关节角度从而实时更新运动轨迹；本发明采用自适应多项式拟合轨迹曲线，保证机械臂无论在任何工作条件下，运动过程始终保持连续且稳定，同时，该方法求解过程速度快，有利于机械臂的实施控制。

技术领域

本发明涉及机械臂的轨迹规划技术，具体为一种机械臂多点约束轨迹规划方法。

背景技术

机械臂轨迹规划是指在指定时间内，机械臂以规定的速度、加速度从初始位置姿态到达期望位置姿态的一种运动；而在机械臂运动过程中，需要考虑障碍物对机械臂运动的影响，所以机械臂需要通过多个路径点(way points)来完成以上功能；机械臂多点约束的轨迹规划就是指除了机械臂起始和末端点外，机械臂还需在期望时间内到达若干个路径点的一种运动。

机械臂中常见的轨迹生成方法包括：梯形路径、三次多项式、五次多项式及 B样条曲线等，这些方法通常用于确认相邻两个路径点之间的轨迹生成，当用于多点约束的轨迹规划时，其计算量会变的格外繁琐。同时，通过梯形路径及三次方多项式计算各自由度的速度和加速度时，其结果为线性，使机械臂控制不平滑稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供机械臂多点约束的轨迹规划，得到机械臂运动过程中各自由度位置、速度、加速度的连续曲线方程，通过力矩与位置混合控制机械臂关节进行相应的运动规划；

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种机械臂的多点运动轨迹规划方法，包括：

1.设置机械臂运动参数

1.1设置机械臂各连接关节空间中的初始与终止状态参数；

1.2设置机械臂各连接关节空间在n个路径点的时间与位置参数

2.定义机械臂轨迹生成的自适应多项式；

根据步骤1.1与1.2要求提供数量为n+4个边界条件，根据克莱姆法则需要生成n+4元线性方程进行线性求解，从而得到机械臂运动轨迹的n+3元自适应多项式；

3.计算机械臂轨迹生成的自适应多项式；

3.1根据步骤1.1与1.2要求列出n+4元齐次线性方程组；

3.2通过矩阵计算，求得机械臂轨迹生成的自适应多项式的系数矩阵；计算整理得到机械臂轨迹生成的自适应多项式；

4.求得机械臂各连接关节位置轨迹、速度及加速度；

根据步骤3.2所求得的机械臂各连接关节位置轨迹，对时间进行一阶、二阶求导得到各连接关节速度、加速度信息；

5.通过逆动力学求得机械臂各连接关节的力矩；

5.1确定机械臂各连杆的动力学参数，建立动力学模型；

5.2通过牛顿-欧拉逆动力学公式计算机械臂各连接关节的力矩；

6.控制机械臂完成运动，并反馈机械臂各连接关节当前位置与速度；

6.1通过力位混合控制器控制机械臂完成运动控制；

6.2反馈机械臂各连接关节当前位置信息与速度，实时更新机械臂运动控制的轨迹规划；

再进一步限定的技术方案如下：

所述步骤1.1中，所述设置机械臂各连接关节空间初始及终止参数指：