[发明专利]一种最小曲率的直线过渡路径生成方法

说明书

本发明提出了一种最小曲率的直线过渡路径生成方法，包括：增加额外一部分可变的多项式来减小加减速过程中的过大的加速度，提高机械臂运动节拍；过渡路径表示为：。通过调整k值来改变过渡路径形状，以满足不同的客户需求。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种最小曲率的直线过渡路径生成方法。

背景技术

经过几十年的发展，机器人已经渗透了人们生产生活中的各个部分，特别是工业机械人，开始大规模取代工厂中重复性工作。工业机器人一般从事简单、重复性工作，如搬运、分拣、打磨、焊接等，这就要求机器人具有高的运动速度和高的轨迹精度，以提高效率。特别是搬运、分拣等任务中，运行节拍是衡量机器人运动性能的一个重要指标。工业机器人最常用的路径形式一般是直线、圆弧，为了提高节拍，需要在直线-直线、圆弧-圆弧、直线-圆弧路径中加入过渡路径段，使机器人平滑的从一段路径过渡到另一段路径。然而不用的过渡路径，将严重影响机器人运行的平滑性、节拍等性能。

一种常用的过渡路径生成方法是使用五次多项式，来满足两端点处位置、速度和加速度约束。然而，这将使机械臂在过渡路径过程中经历加速、减速过程，需要额外的力来克服因加速、减速引起的惯性力。对于一个设计好的机器人来说，关节电机出力总是有限的，因为电机的一部分力矩不得不克服过渡路径中的惯性力，因此必须降低机械臂运动速度，从而使运行节拍变慢。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种最小曲率的直线过渡路径生成方法。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种最小曲率的直线过渡路径生成方法，包括如下步骤：

步骤S1，设置机器人行进过程中，连接两段路径的过渡路径采用下式表示：

其中，为第一段直线路径，为第二段直线路径，为生成过渡路径的多项式，需要满足边界条件，并规定；为补偿项，用于补偿引入的过渡路径中的加减速，使的加速度最小；u为一个额外的自由度来改变过渡路径点的加速度，满足边界条件的的表达式为

对于直连路径来说，和可以表示为

；

其中，、分别为两段直线路径、的起点，、分别为两段直线路径、的斜率；

步骤S2，将和代入到中，并求关于s的二阶导数，求得过渡路径沿s的加速度积分，表示如下

上式中，，；从上式可以看到，右边第一项与两段直线有关，无法改变，而右边第二项可以通过改变u使其最小；过渡路径表示为：

。

进一步，k为调整曲线形状系数，通过调整k值来改变过渡路径形状；

当时，过渡路径的加速度将最小，

。

进一步，设为六次多项式，同时满足边界约束条件，，以使得有额外的自由度。

根据本发明实施例的最小曲率的直线过渡路径生成方法，提出过渡路径的补偿项，通过增加该项补偿项，可以减小过渡路径的加速度值，提高机械臂运动节拍；通过调整k值来改变过渡路径形状，以满足不同的客户需求。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：