[发明专利]一种机器人关节空间传送带跟随运动的轨迹规划方法

摘要

本发明提出了一种机器人关节空间传送带跟随运动的轨迹规划方法，该方法可以使机器人能够快速跟踪上传送带上的目标物体，并与目标物体同步运动，实现动态跟随，进而完成如抓取等相关应用功能。该方法根据视觉系统定位出目标物体的初始位置和速度，并实时预测目标物体的位置，再通过运动学逆解转换到关节空间，在关节空间内对机器人各个关节进行轨迹规划，实现动态跟随。该方法在关节空间内进行轨迹规划，仅需考虑关节约束条件，约束条件简单，且是时间最优的动态轨迹规划方法，可以保证机器人以最短的时间跟踪上目标物体，该方法简单，且跟随效率高。

主权项

一种机器人关节空间传送带跟随运动的轨迹规划方法，其步骤如下：步骤一，根据视觉模块输出的视觉坐标系下目标物体的当前位置(xvision,yvision,zvision)，通过坐标系转换获得目标物体在直角坐标系下的位置(xbase,ybase,zbase)：(xbase,ybase,zbase,1)T＝baseTvision·(xvision,yvision,zvision,1)T式中，baseTvision为视觉坐标系相对于直角坐标系的坐标转换矩阵；通过编码器实时反馈的脉冲数据，采用差分的方法获得目标物体在直角坐标系下的线速度vbase；步骤二，预测目标物体t时刻所在的位置(xt,yt,zt)：(xt,yt,zt)=(x0,y0,z0)+vconvery·t+12·aconvery·t2]]>其中：t＝f(Δs,ΔV)，(x0,y0,z0)目标物体t时刻所在的位置；vconvery为传送带的运动速度，aconvery为传送带的运动加速度，Δs是机器人与目标物体当前的距离，ΔV是机器人与目标物体速度矢量差；步骤三，根据目标物体在机器人直角坐标系下的位置(xbase,ybase,zbase)和速度矢量vbase，将目标物体位置逆解至关节空间：位置逆解通过运动学逆解模型，得到各个关节的目标位置q；采用雅克比矩阵的方法，得到各个关节目标速度矢量q·=J-1(q)·V]]>式中，J‑1(q)为雅克比矩阵的逆矩阵，V为笛卡尔速度；步骤四，根据关节初始的位置q0和速度矢量以及各个关节的目标位置q和目标速度矢量在关节空间内进行关节轨迹规划，步骤如下：①各关节以梯形加减速进行轨迹规划：根据关节位移q‑q0和初速度矢量末速度矢量规划出速度曲线，以最大加速度进行加减速，得出各关节规划的最短时间Timin；②判定各关节该速度规划下是否存在死区，若存在，给出死区的左右边界Tleft、Tright；③以max{Timin,i＝1…n}为基准时间，其中n为关节数,若该时间在某一关节的死区内，则以该关节死区的右边界Tright为轨迹规划的基准时间，依次判断各关节，最终得到跨越了各关节死区的最优的轨迹规划时间Tmin；④以最优的轨迹规划时间Tmin为轨迹规划时间，拓展其他关节的轨迹规划时间，重新对各个关节轨迹进行规划；步骤五，根据步骤四所作的关节轨迹规划，实时输出各关节的目标位置，再通过脉冲输出模块，转换为各个关节对应的电机脉冲值，驱动机器人运动至目标位置，实现实时动态地跟踪目标物体。