[發(fā)明專利]一種動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)器人運(yùn)行速度的軌跡規(guī)劃方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010613688.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN111665851B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王華;郭慶洪;邰文濤;吳自翔;于振中;李文興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈工大機(jī)器人（合肥）國(guó)際創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 合肥市浩智運(yùn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發(fā)明公開了一種動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)器人運(yùn)行速度的軌跡規(guī)劃方法及裝置，所述軌跡規(guī)劃方法包括：設(shè)計(jì)一個(gè)加速度置零運(yùn)動(dòng)，獲取加速度置零運(yùn)動(dòng)的急動(dòng)度變化律即第一急動(dòng)度變化律；對(duì)加速度置零運(yùn)動(dòng)后的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)狀態(tài)的過(guò)程進(jìn)行規(guī)劃，獲取第二急動(dòng)度變化律；組合第一急動(dòng)度變化律和第二急動(dòng)度變化律，獲取第三急動(dòng)度變化律；對(duì)第三急動(dòng)度變化律進(jìn)行連續(xù)積分得到加速度、速度以及位置隨時(shí)間的變化規(guī)律，完成由當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)狀態(tài)的軌跡規(guī)劃；本發(fā)明的方法能夠處理當(dāng)前加速度不為零和當(dāng)前速度約束不能滿足的情形，可用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)行速度的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃領(lǐng)域，更具體涉及一種動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)器人運(yùn)行速度的軌跡規(guī)劃方法及裝置。

背景技術(shù)

根據(jù)能否在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)軌跡進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，機(jī)器人軌跡規(guī)劃分為離線規(guī)劃和在線規(guī)劃兩類。在線軌跡規(guī)劃目的之一是使機(jī)器人能夠?qū)ν饨绛h(huán)境變化做出實(shí)時(shí)響應(yīng)。與離線軌跡規(guī)劃相比，在線軌跡規(guī)劃對(duì)實(shí)時(shí)性有要求，須要在確定的時(shí)間內(nèi)給出結(jié)果。

在線軌跡規(guī)劃根據(jù)獲取的外界信息，更新約束條件，并重新生成軌跡，以響應(yīng)約束條件的變化。約束條件包括運(yùn)動(dòng)學(xué)約束和動(dòng)力學(xué)約束，實(shí)際應(yīng)用中大多采用運(yùn)動(dòng)學(xué)約束。運(yùn)動(dòng)學(xué)約束是對(duì)速度、加速度和急動(dòng)度(加加速度)等的限制。在線軌跡規(guī)劃的一種應(yīng)用是通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)器人運(yùn)行速度，提高機(jī)器人運(yùn)行時(shí)的安全性，具體過(guò)程為：當(dāng)環(huán)境傳感器監(jiān)測(cè)到人員靠近或遠(yuǎn)離機(jī)器人時(shí)，減小或增大機(jī)器人的最大允許速度，即更新速度約束；根據(jù)更新后的速度約束，對(duì)由當(dāng)前狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的軌跡進(jìn)行規(guī)劃；控制器以此軌跡作為參考輸入控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人運(yùn)行速度將動(dòng)態(tài)調(diào)整。

動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)器運(yùn)行速度，對(duì)軌跡規(guī)劃帶來(lái)兩個(gè)挑戰(zhàn)：第一，為保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，希望加速度連續(xù)，在速度約束發(fā)生更新時(shí)，加速度不一定為零，軌跡規(guī)劃應(yīng)能夠處理當(dāng)前加速度不為零的情形；第二，在速度約束更新后，當(dāng)前速度可能會(huì)超出當(dāng)前的最大允許速度，但速度不能躍變，當(dāng)前速度約束并不能滿足，軌跡規(guī)劃也應(yīng)能夠處理此種情形?，F(xiàn)有技術(shù)中的軌跡規(guī)劃方法并不能處理這兩種情形，從而難以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)行速度的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于如何提供一種能夠?qū)C(jī)器人運(yùn)行速度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的軌跡規(guī)劃方法及裝置。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問(wèn)題的：一種動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)器人運(yùn)行速度的軌跡規(guī)劃方法，所述軌跡規(guī)劃方法包括：

步驟一：根據(jù)全程運(yùn)動(dòng)學(xué)約束，當(dāng)前速度、當(dāng)前加速度以及當(dāng)前速度約束，設(shè)計(jì)一個(gè)加速度置零運(yùn)動(dòng)，使得經(jīng)此運(yùn)動(dòng)后，加速度為0并且能夠滿足當(dāng)前速度約束，獲得的加速度置零運(yùn)動(dòng)的急動(dòng)度變化律作為第一急動(dòng)度變化律；

步驟二：對(duì)由加速度置零運(yùn)動(dòng)后的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)狀態(tài)的過(guò)程進(jìn)行規(guī)劃，獲取第二急動(dòng)度變化律，其中，所述狀態(tài)包括：速度、加速度和位置；

步驟三：組合第一急動(dòng)度變化律和第二急動(dòng)度變化律，獲取由當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)狀態(tài)的第三急動(dòng)度變化律，對(duì)第三急動(dòng)度變化律進(jìn)行連續(xù)積分得到加速度、速度以及位置隨時(shí)間的變化規(guī)律，完成由當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)狀態(tài)的軌跡規(guī)劃。

本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)加速度置零運(yùn)動(dòng)，使得經(jīng)此運(yùn)動(dòng)后，加速度變?yōu)?且滿足當(dāng)前速度約束，可以處理當(dāng)前速度約束不能滿足的情形，在獲取加速度置零運(yùn)動(dòng)的急動(dòng)度變化律即第一急動(dòng)度變化律后，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)對(duì)加速度置零運(yùn)動(dòng)后的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)狀態(tài)的過(guò)程進(jìn)行規(guī)劃，獲取第二急動(dòng)度變化律，組合第一急動(dòng)度變化律和第二急動(dòng)度變化律，獲取由當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)狀態(tài)的第三急動(dòng)度變化律，對(duì)第三急動(dòng)度變化律進(jìn)行連續(xù)積分得到加速度、速度以及位置隨時(shí)間的變化規(guī)律，最終完成由當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)狀態(tài)的軌跡規(guī)劃，本發(fā)明提出的方法能夠處理當(dāng)前加速度不為零以及當(dāng)前速度約束不能滿足的情形，可用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)行速度的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

優(yōu)選的，所述步驟一中，全程運(yùn)動(dòng)學(xué)約束為：最大允許加速度大小a_max，最大允許急動(dòng)度大小J_max；當(dāng)前速度約束為：最大允許速度v_max且速度大于等于零。