[發明專利]一種相鄰關節空間-笛卡爾空間軌跡過渡方法及裝置

有效

• 申請號: 202011134624.4
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112276949B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 劉鵬飛;郭龍;王權
• 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: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 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: 丁瑞瑞

本發明公開了一種相鄰關節空間?笛卡爾空間軌跡過渡方法及裝置，所述方法包括：對各軸在相鄰空間內進行時間同步，使多軸同步時間到達每一個位置；將當前段軌跡的末速度作為對下一段軌跡的初速度，當前段軌跡的初速度作為上一段軌跡的末速度，進行軌跡規劃，使相鄰空間速度平滑過渡；根據軌跡規劃的輸出數據，進行插補運算，以使軌跡連續；本發明的優點在于：在每個中間過程點速度平滑，減少不必要的啟停，減少時間成本和能耗成本。

技術領域

本發明涉及機器人運動控制領域，更具體涉及一種相鄰關節空間-笛卡爾空間軌跡過渡方法及裝置。

背景技術

機械臂運動空間分為關節空間和笛卡爾空間，當前工業機械臂在單獨關節空間和笛卡爾空間運動已經十分容易實現。關節空間和笛卡爾空間的混合空間過渡的主要方法是將關節空間通過正向運動學轉到笛卡爾空間，再將笛卡爾空間與笛卡爾空間指令做軌跡過渡，比如在交點處做降速為零的處理。對于通用機器人的關節空間規劃，也就是PTP，每個關節從起始點位到終止點位，往往是單獨規劃運動，各個關節能在同一時間啟動，能到達指定點位。這樣簡單的關節運動對于運動過程控制要求不高，并且有快速定位要求的作業是適用的。但對于連續關節空間規劃運動，如果采用各關節獨立運動，會出現各關節從運動起始點，到中間點，最后到目標點，速度從0加速，再到0，再加速，在到0，這種連續啟停運動，可以發現每出現一個中間點，各關節就要啟停一次。這樣會造成運動過程不可控，各關節無法同步到中間點位置，也就是無法實現避開固定點障礙物功能，效率會大大降低，增加了時間成本和能耗成本，不適合實際作業的要求。

現有關節空間和笛卡爾空間的混合空間過渡的主要方法還包括映射到笛卡爾空間后做圓弧過渡算法，但是圓弧過渡算法曲率是常量，會有曲率突變，造成向心加速度的沖擊，降低運動精度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于現有技術相鄰關節空間-笛卡爾空間軌跡過渡方法時間成本和能耗成本高的問題。

本發明通過以下技術手段實現解決上述技術問題的：一種相鄰關節空間-笛卡爾空間軌跡過渡方法，所述方法包括：

步驟一：對各軸在相鄰空間內進行時間同步，使多軸同步時間到達每一個位置；

步驟二：將當前段軌跡的末速度作為對下一段軌跡的初速度，當前段軌跡的初速度作為上一段軌跡的末速度，進行軌跡規劃，使相鄰空間速度平滑過渡；

步驟三：根據軌跡規劃的輸出數據，進行插補運算，以使軌跡連續；其中，輸出數據包括初速度、末速度以及位置。

本發明通過對各軸在相鄰空間內進行時間同步，使多軸同步時間到達每一個準確位置，避免出現各軸從運動起始點，到中間點，最后到目標點，速度從0加速，再到0，再加速，在到0，這種連續啟停運動，同時，將當前段軌跡的末速度作為對下一段軌跡的初速度，當前段軌跡的初速度作為上一段軌跡的末速度，各軸在兩段軌跡運動交點處速度平滑連接過渡，在每個中間過程點速度平滑，減少不必要的啟停，減少時間成本和能耗成本。

優選的，所述步驟一包括：以笛卡爾空間為基準空間，采用基于速度的S形速度規劃，算出位置運動時間和姿態運動時間，取兩者中最大時間為基準時間，兩者中時間短的做基于基準時間的S速度規劃，實現姿態與位置時間同步；其中，姿態為包含起始點、終點、速度以及加速度的四元數。

優選的，所述步驟二包括：當關節空間軌跡的前一條指令為笛卡爾空間軌跡時，把笛卡爾空間軌跡的終點和末速度通過雅可比映射得到笛卡爾空間軌跡對應的關節空間起始點位置和初速度，把對應的關節空間起始點位置和初速度傳給下一條關節空間指令，完成相鄰空間平滑過渡；當笛卡爾空間軌跡的前一條指令為關節空間軌跡時，根據笛卡爾空間軌跡的初速度，經過雅可比映射到關節空間作為關節空間軌跡的末速度，完成相鄰空間平滑過渡；