[發明專利]內嵌運動性能調節機制的速度規劃方法

有效

• 申請號: 201811306985.5
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109188915B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 張雪波;沈佩堯;方勇純
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 天津耀達律師事務所 12223
• 代理人: 侯力

1.一種內嵌運動性能調節機制的速度規劃方法，該方法具體步驟如下：

第1步，將速度規劃問題轉換為路徑位置和路徑速度的二維規劃問題，并計算其可行域；

第2步，為二維規劃引入運動性能調節機制；

第2.1步，定義運動性能調節機制內的用戶指定參數ε，具體步驟如下：

該用戶指定參數ε的物理意義為機器人系統路徑速度的勻速上限，即約束

其中，s_e代表路徑總長度，函數Max(·)表示求取MVC(s)的函數最大值，MVC(s)代表可行域上邊界，標量分別表示初始和終止速度；

為了滿足公式(14)的路徑速度約束，另一個可行域上邊界描述為

M(s)＝ε,s∈[0,s_e]； (15)

引入用戶指定參數ε后，可行域上邊界重新描述為

MVC^*(s)＝min(MVC(s),M(s)),s∈[0,s_e]； (16)；

第2.2步，調節用戶指定參數ε以改變可行域形狀；

第3步，計算可行域邊界上的勻速巡航部分，即機器人速度上限中的常量部分；

第4步，利用完備數值積分策略計算曲線MVC^*(s)下的可行速度曲線，具體步驟如下：

首先沿MVC^*(s)搜索加速度轉換區域；然后，以加速度轉換區域為起始，計算加速和減速曲線，并連接為可行速度曲線；

為了提高加速度轉換區域的搜索效率，描述勻速分界線概念L(s)的數學定義如下

其中，A_i(s),B_i(s),C_i(s)是關于路徑位置s的非線性函數，通過加速度約束聯立等式方程獲得；在該分界線上方公式成立；在該分界線下方公式成立；在該分界線上公式成立，其中，代表最大路徑加速度，代表最小路徑加速度；

將已經得到的L(s)按照鍵值對存儲到哈希表；針對不同的M(s)，在常量時間復雜度O(1)內查詢哈希表得到

M＝{M(s)|M(s)＜L(s),s∈[0,s_e]}, (19)

其中，和M的加速度均等于零，但是只有M可以作為MVC^*(s)上的加速度轉換區域，其中，M(s)是用戶指定參數ε決定的常量函數；

第5步，利用雙向積分策略使第4步得到的速度曲線加速度連續，具體步驟如下：

在加速曲線與減速曲線交點p₁兩側選擇點p₂和p₃，且點p₂和p₃分別位于加速曲線或者減速曲線上；點p₂和點p₁之間不存在其他交點，點p₃和點p₁之間也不存在其他交點；

以點p₂為起點，正向積分一條速度曲線l₁，其路徑加速度為

以點p₃為起點，反向積分一條速度曲線l₂，其路徑加速度為

其中，標量分別表示點p_i的路徑位置、路徑速度和路徑加速度，而標量和的表達式如下

速度曲線l₁,l₂會在路徑位置處連接，并且連接點的加速度是連續的；按照此法，處理所有的加速曲線與減速曲線交點，則最終生成的速度曲線的加速度是連續的。

2.根據權利要求1所述的內嵌運動性能調節機制的速度規劃方法，其特征在于，第2.2步所述的調節用戶指定參數ε以改變可行域形狀，具體步驟如下：

用戶指定參數ε可以改變可行域形狀上邊界的幅值和形狀；通過改變可行域的形狀，最優速度曲線對應的運動時間和巡航比例也隨之發生改變；

當用戶指定參數ε減小趨向時，可行域上邊界MVC^*(s)的幅值在降低，其中標量分別表示初始和終止速度，這意味著最大路徑速度在不斷降低，可行速度曲線的最大值也在不斷降低，那么最終生成的速度曲線對應的運動時間會不斷增加；同時，可行域上邊界MVC^*(s)的形狀趨近于直線，這意味著可行速度曲線的巡航運動比例會不斷提高；

當用戶指定參數ε增大趨向Max(MVC^*(s))時，可行域上邊界MVC^*(s)的幅值在提高，這意味著最大路徑速度在不斷提高，可行速度曲線的最大值也在不斷提高，那么最終生成的速度曲線對應的運動時間會不斷降低；同時，可行域上邊界MVC^*(s)的形狀趨近于曲線MVC(s)，這意味著可行速度曲線的巡航比例會不斷降低。