[发明专利]一种时间最优的在线S型加减速规划方法

摘要

本发明公开了一种时间最优的在线S型加减速规划方法，该方法具有能够实现在线实时计算的特点，能够根据任意初始运动状态和加速度等于零的结束状态规划出满足运动约束条件的插补轨迹。简化了离线计算的过程，能够实现在未知环境下根据传感器返回的信号实时自动规划运动轨迹。

主权项

1.一种时间最优的在线S型加减速规划方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)输入在线运动规划所需要的参数：输入首末运动状态和运动约束条件，首末运动状态包括初始位置P_s、初始速度V_s、初始加速度A_s、结束位置P_trgt、结束速度V_trgt，运动约束条件包括最大加加速度J_max、最大加速度A_max、最大速度V_max；(2)不考虑位移计算初始加速度曲线类型Type_a^*：根据步骤(1)输入的参数，在不考虑位移约束的情况下，满足其它约束条件计算初始加速度曲线类型Type_a^*；首先判断在最短时间内由初始速度变化到结束速度过程中，加速度A是否需要达到极限；若不需要达到加速度极限值，则根据首末运动状态计算Type_a^*，将初始加速度曲线类型Type_a^*分为四种情况；若加速度需要达到极限值，同样根据首末运动状态计算Type_a^*也对应四种情况；从上述共计的八种情况之中选出一种作为Type_a^*；(3)由步骤(2)返回的Type_a^*计算初始加加速度J_s；首先针对步骤(2)返回的Type_a^*计算Type_a^*对应的加速度曲线的位移ΔP^*，考虑计算方便性，将上述八种Type_a^*分为四类；(4)确定S型加速度曲线类型Type_a；若步骤(3)计算的ΔP^*等于目标位移ΔP，则Type_a等于Type_a^*；否则需要由步骤(3)计算的J_s计算Type_a；以规划总时间最短原则，考虑是否存在匀加速区域、是否存在匀速区域、以及加减速过渡次数将S型加速度曲线类型分为八种，通过以下原则从八种S型加速度曲线类型之中选出一种作为Type_a；分类判断原则如下：原则A：假定在运动规划过程中，速度恰好达到速度极限且最后达到目标速度，比较此时的位移和实际目标位移大小；原则B：假定在运动规划过程中，加速度恰好达到极限且最后达到目标速度，比较此时的位移和实际目标位移大小；原则C：假定在运动规划过程中，加速度已达到极限，速度恰好达到极限且最终达到目标速度，比较此时的位移和实际目标位移大小；原则D：假定在运动规划过程中，加速度和速度都恰好达到极限，比较此时的速度和实际目标速度的大小；原则E：假定在运动规划过程中，加速度恰好达到极限，且最后达到目标速度，比较此时的速度和实际目标速度的大小还有此时的位移和实际目标位移大小；通过以上几种原则的结合使用，最终从以上八种S型加速度曲线类型中选出一种满足总体规划时间最短，并能同时满足运动约束条件；(5)计算加速度曲线分段参数：由步骤(4)计算得到Type_a，针对不同加速度曲线列写不同方程组进行求解得到加速度曲线每一段对应的时间；对于不存在匀速运动的情况，分别将加速部分时间和减速部分时间通过非线性方程组求解；对于存在匀加速或匀减速段的情况，运动过程中一定达到速度约束条件，即中间速度极值V_p已知，则与不存在匀加速或匀减速的情况，计算方法相同，此时为线性方程组；从而解出加速时间、减速时间和匀速时间；终得到加速度曲线分段参数[t_1a,t_1b,t_1c,t_2a,t_2b,t_2c,t_otg]；(6)根据加速度曲线分段参数生成运动轨迹：由加速度曲线类型Type_a和步骤(5)计算的加速度曲线分段参数代入S型加减速曲线公式即可生成运动轨迹。