[發(fā)明專利]機(jī)械臂及其軌跡規(guī)劃方法和裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110291094.2
• 申請(qǐng)日: 2021-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN113119111A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張美輝;劉益彰;熊友軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市優(yōu)必選科技股份有限公司
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;B25J18/00
• 代理公司: 深圳中一聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44414
• 代理人: 劉永康

本申請(qǐng)屬于自動(dòng)化領(lǐng)域，提出了一種機(jī)械臂及其軌跡規(guī)劃方法和裝置，該方法包括：確定機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程所對(duì)應(yīng)的所述機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)路徑、各個(gè)路徑點(diǎn)對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)角度；根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)路徑確定目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合機(jī)械臂自身的關(guān)節(jié)速度和關(guān)節(jié)力矩限制條件，以及路徑點(diǎn)對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)角度，確定所述關(guān)節(jié)可行的最大速度和最大加速度；根據(jù)所確定的最大速度和最大加速度，對(duì)所述機(jī)械臂進(jìn)行軌跡規(guī)劃，從而在滿足機(jī)械臂關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)極限的前提下，提高關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度，有利于提高機(jī)械臂的操作效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其涉及機(jī)械臂及其軌跡規(guī)劃方法和裝置。

背景技術(shù)

在多軸機(jī)械臂的軌跡規(guī)劃中，為了保證整個(gè)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，一般采用S形速度規(guī)劃方法。該S形規(guī)劃方法將整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程劃分為7個(gè)階段，依次為：加速度增大的加速運(yùn)動(dòng)、勻加速運(yùn)動(dòng)、加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)、勻速運(yùn)動(dòng)、加速度增大的減速運(yùn)動(dòng)、勻減速運(yùn)動(dòng)和加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)速度規(guī)劃方法充分考慮了關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的加減速過(guò)程，有利于保證整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的平穩(wěn)性而被廣泛采用。

但是，這種軌跡規(guī)劃方法需要設(shè)定期望達(dá)到的最大速度和最大加速度，以此來(lái)計(jì)算各個(gè)階段的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。由于缺少參數(shù)，目前一般通過(guò)經(jīng)驗(yàn)或直觀感覺(jué)的方式來(lái)確定。如果設(shè)定不準(zhǔn)確，則容易超出機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)極限，或者影響機(jī)械臂的操作速度。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種機(jī)械臂的軌跡規(guī)劃方法和裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)械臂的軌跡規(guī)劃容易超出機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)極限，或者影響機(jī)械臂的操作速度的問(wèn)題。

本申請(qǐng)實(shí)施例的第一方面提供了一種機(jī)械臂的軌跡規(guī)劃方法，所述方法包括：

確定機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程所對(duì)應(yīng)的所述機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)路徑、各個(gè)路徑點(diǎn)對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)角度；

根據(jù)所述機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)路徑確定目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合機(jī)械臂自身的關(guān)節(jié)速度和關(guān)節(jié)力矩限制條件，以及路徑點(diǎn)對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)角度，確定所述關(guān)節(jié)可行的最大速度和最大加速度；

根據(jù)所確定的最大速度和最大加速度，對(duì)所述機(jī)械臂進(jìn)行軌跡規(guī)劃。

結(jié)合第一方面，在第一方面的第一種可能實(shí)現(xiàn)方式中，確定機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程所對(duì)應(yīng)的所述機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)路徑，包括：

確定所述機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中描述運(yùn)動(dòng)路徑的標(biāo)量參數(shù)，建立所述標(biāo)量參數(shù)與機(jī)械避孕運(yùn)動(dòng)路徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

結(jié)合第一方面的第一種可能實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第二種可能實(shí)現(xiàn)方式中，在建立所述標(biāo)量參數(shù)與機(jī)械避孕運(yùn)動(dòng)路徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系之后，所述方法還包括：

將所述運(yùn)動(dòng)路徑對(duì)應(yīng)的標(biāo)量參數(shù)的取值歸一化處理。

結(jié)合第一方面的第二種可能實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第三種可能實(shí)現(xiàn)方式中，所述標(biāo)量參數(shù)的取值歸一化處理后，所述運(yùn)動(dòng)路徑的起點(diǎn)與所述標(biāo)量參數(shù)中的0值對(duì)應(yīng)，所述運(yùn)動(dòng)路徑的終點(diǎn)與所述標(biāo)量參數(shù)的1值對(duì)應(yīng)。

結(jié)合第一方面，在第一方面的第四種可能實(shí)現(xiàn)方式中，根據(jù)所述機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)路徑確定目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合機(jī)械臂自身的關(guān)節(jié)速度和關(guān)節(jié)力矩限制條件，以及路徑點(diǎn)對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)角度，確定所述關(guān)節(jié)可行的最大速度和最大加速度，包括：

根據(jù)所述關(guān)節(jié)速度和關(guān)節(jié)力矩限制條件：確定時(shí)間最短的目標(biāo)函數(shù)：確定所述關(guān)節(jié)可行的最大速度和最大加速度，其中，和分別表示機(jī)械臂的關(guān)節(jié)所允許的最小速度和最大速度，τ_min和τ_max表示機(jī)械臂關(guān)節(jié)能輸出的最小力矩和最大力矩，表示由標(biāo)量參數(shù)s和標(biāo)量參數(shù)s的一階導(dǎo)數(shù)表示的關(guān)節(jié)速度，表示由標(biāo)量參數(shù)s及其一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)表示的關(guān)節(jié)力矩，t0為運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)時(shí)間，te為運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)間。

結(jié)合第一方面，在第一方面的第五種可能實(shí)現(xiàn)方式中，根據(jù)所確定的最大速度和最大加速度，對(duì)所述機(jī)械臂進(jìn)行軌跡規(guī)劃，包括：