[發明專利]一種端點速度不限的軌跡規劃方法及裝置

有效

• 申請號: 201911060444.3
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN110703684B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 王華;郭慶洪;邰文濤;吳自翔;李文興;于振中
• 申請（專利權）人: 哈工大機器人（合肥）國際創新研究院
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 張景云

本發明公布了一種端點速度不限的軌跡規劃方法，主要包括以下步驟：根據給定的運動學約束條件和邊界條件，通過坐標變換將原始軌跡規劃問題轉換為歸一化問題；求解歸一化問題，得到歸一化問題的位移時間函數；由歸一化問題的位移時間函數，經過坐標反變換得到原始軌跡規劃問題的時間位移函數,完成原始軌跡規劃問題的求解。本發明還公開了一種端點速度不限的軌跡規劃裝置。本發明公開的軌跡規劃方法和裝置能夠保證運動學約束的嚴格滿足，且能夠處理一維空間點到點運動以非靜止狀態開始和結束的軌跡規劃問題。

技術領域

本發明涉及機器人運動規劃領域，具體涉及一種端點速度不限的軌跡規劃方法及裝置。

背景技術

在機器人運動規劃中，無論是關節空間點到點運動規劃，還是任務空間直線和圓弧運動規劃，一般都等效為一維空間點到點運動的軌跡規劃問題。

一維空間點到點運動是在兩個端點間的運動，其中一個端點為起點，另一個端點為終點，軌跡規劃的目的在于確定一個位置關于時間的函數，且需要滿足給定約束條件和邊界條件。約束條件分為運動學約束和動力學約束兩類，實際應用中都采用運動學約束，如速度限制、加速度限制。邊界條件則給定了端點的位置、速度和加速度。

通常的點到點運動都是從靜止狀態開始，并以靜止狀態結束，對應的邊界條件是端點速度、加速度都為零。對于此種邊界條件，軌跡規劃是容易解決的。但對于復合路徑軌跡規劃，或是在線軌跡規劃，端點速度可能不為零，傳統的方法是根據邊界條件使用高階多項式進行整體插值，但通常不能夠保證運動學約束全程嚴格滿足，因而難以獲得滿意的軌跡。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種端點速度不限的軌跡規劃方法及裝置，以解決上述背景技術中傳統軌跡規劃方法難以保證運動學約束全程嚴格滿足的問題。

本發明通過以下技術方案來解決上述技術問題：

一種端點速度不限的軌跡規劃方法，包括以下步驟：

S1，根據給定的運動學約束條件和邊界條件，通過坐標變換將原始軌跡規劃問題轉換為歸一化問題；

S2，求解歸一化問題，得到歸一化問題的位移時間函數；

S3，由歸一化問題的位移時間函數，經過坐標反變換得到原始軌跡規劃問題的時間位移函數,完成原始軌跡規劃問題的求解。

作為本發明進一步的方案,步驟S1中給定的運動學約束條件為：最大允許速度v'_max，最大允許加速度大小a'_max以及最大允許急動度大小J'_max；給定的邊界條件為：起點處位移為l'_s，起點處速度為v'_s，起點處加速度為0,其中0≤v'_s≤v'_max；終點處位移為l'_e，終點處速度為v'_e，終點處加速度為0,其中l'_e＞l'_s且0≤v'_e≤v'_max。

作為本發明進一步的方案,步驟S1中的坐標變換為：

s＝(s'-l′_s)/L，t＝t/T

，式中s'為實際位移，t'為實際時間,s為坐標變換后的位移，t為坐標變換后的時間,L＝(l'_e-l'_s)為實際的總行程,T＝/v'_max。