[發明專利]一種面向修錠過程的機器人軌跡規劃方法及系統

有效

• 申請號: 202110355446.6
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113021356B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 孫寧;桑文闖;邱澤昊;張程琳;方勇純
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張慶騫

1.一種機器人軌跡規劃方法，其特征在于，包括：

獲取給定路徑，引入路徑參數，并將給定路徑的笛卡爾坐標進行參數化表示；

將路徑的參數化笛卡爾坐標映射為機器人的關節位置、速度和加速度；選取一種路徑加速度軌跡，獲得路徑參數及其導數的表達式；利用參數化的關節變量、速度和加速度將機器人運動學與動力學方程參數化，并獲得性能指標函數；路徑加速度軌跡為改進的三段式路徑加速度軌跡，所述三段式路徑加速度軌跡曲線分為三段，依次包括勻加速段、勻速段和勻減速段，所述改進的三段式路徑加速度軌跡具有過渡環節，過渡環節以斜坡函數、拋物線函數或三角函數對軌跡的不光滑處進行平滑過渡；所述過渡環節位于勻加速段轉換為勻速段區域以及勻速段轉換為勻減速段區域；

根據性能指標函數，在約束條件下，利用最大值原理、遺傳算法和粒子群優化算法最優化算法進行尋優，得到其改進的三段式路徑加速度軌跡的最優參數，獲取最優參數下沿給定路徑的機器人軌跡。

2.如權利要求1所述的機器人軌跡規劃方法，其特征在于，所述將路徑參數映射為機器人的關節位置、速度和加速度包括，利用機器人逆運動學將笛卡爾空間參數化路徑映射為關節空間的參數化關節位置、速度和加速度。

3.如權利要求1所述的機器人軌跡規劃方法，其特征在于，所述機器人運動學與動力學方程由機器人的運動學與動力學模型獲得，使用D-H方法對機器人進行正運動學建模，使用基于能量分析的Euler-Lagrange方程對機器人進行動力學建模。

4.如權利要求1所述的機器人軌跡規劃方法，其特征在于，利用參數化的關節變量、速度和加速度將機器人動力學方程參數化，并獲得性能指標函數包括，將動力學方程、最優性能指標及其約束條件進行參數化降維，利用參數化的關節變量、速度和加速度將機器人動力學方程參數化，同時導出轉矩約束條件的參數化表示，由參數動力學方程導出性能指標函數；在約束條件下，利用最大值原理、遺傳算法和粒子群優化算法最優化算法進行尋優，得到改進的三段式路徑加速度軌跡的最優參數，從而得到機器人最優軌跡。

5.一種機器人軌跡規劃系統，其特征在于，包括：

數據采集模塊，被配置為獲取給定路徑，引入路徑參數，并將給定路徑的笛卡爾坐標進行參數化表示；

數據處理模塊，被配置為將路徑的參數化笛卡爾坐標映射為機器人的關節位置、速度和加速度；選取一種路徑加速度軌跡，獲得路徑參數及其導數的表達式；利用參數化的關節變量、速度和加速度將機器人運動學與動力學方程參數化，并獲得性能指標函數；路徑加速度軌跡為改進的三段式路徑加速度軌跡，所述三段式路徑加速度軌跡曲線分為三段，依次包括勻加速段、勻速段和勻減速段，所述改進的三段式路徑加速度軌跡具有過渡環節，過渡環節以斜坡函數、拋物線函數或三角函數對軌跡的不光滑處進行平滑過渡；所述過渡環節位于勻加速段轉換為勻速段區域以及勻速段轉換為勻減速段區域；

最優參數確定模塊，被配置為根據性能指標函數，在約束條件下，利用最大值原理、遺傳算法和粒子群優化算法最優化算法進行尋優，得到改進的三段式路徑加速度軌跡的最優參數，獲取最優參數下沿給定路徑的機器人軌跡。

6.一種計算機可讀存儲介質，用于存儲計算機指令，其特征在于，所述計算機指令被處理器執行時，完成如權利要求1-4任一所述的機器人軌跡規劃方法。

7.一種電子設備，其特征在于，包括存儲器和處理器以及存儲在存儲器上并在處理器上運行的計算機指令，所述計算機指令被處理器運行時，完成如權利要求1-4任一所述的機器人軌跡規劃方法。