一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法技术

本发明专利技术涉及一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法，包括步骤：1)根据笛卡尔空间中跳跃运动的起点和终点，设定跳跃的竖直段高度、弯角高度；2)计算总跳跃高度，获取用于规划跳跃运动路径的两个辅助点；3)根据机器人性能分别设定三段运动轨迹的限制速度、限制加速度和限制加加速度，分别获取三段运动轨迹的关键点的运动参量；4)根据竖直段高度、弯角高度，计算第一段运动轨迹与第二段运动轨迹融合的时间点以及第二段运动轨迹与第三段运动轨迹融合的时间点；5)结合三段运动轨迹的关键点的运动参量以及轨迹融合的时间点，规划完整的跳跃运动轨迹。与现有技术相比，本发明专利技术可提高机器人搬运拾捡作业的灵活性。

A jumping trajectory planning method with vertical height and corner height settable

【技术实现步骤摘要】
一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法
本专利技术涉及一种用于搬运拾捡作业的跳跃轨迹规划方法，尤其是涉及一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法。
技术介绍
搬运拾捡作业是包装自动化流程中不可或缺的流程步骤，它的任务是将物料从一个位置抓取，移动，放置到另一个位置，一般的轨迹路径含有三段：提升，平移和降落。不同的轨迹规划和路径融合方法会产生不同的轨迹路径形状和作业效率。可编程的工业机器人往往被赋予担任这一作业角色。在工业拾捡中，不同的物料及工艺流程要求使用不同类型的工业机器人。例如，对于大件物料的码垛和卸垛，一般使用码垛专用机器人或串联机器人；而对于小物料的装箱装盒的搬运拾捡作业，往往使用并联机器人；有些场合也使用笛卡尔型机器人或其他搬运拾捡专机。现有的工业机器人在处理跳跃运动的轨迹时，一般是由三个运动指令组成，即：MoveL，MoveJ，MoveL，其中MoveL为笛卡尔空间的直线运动，MoveJ为关节空间的关节同步运动。三个运动指令对应三段运动轨迹，通过参数整定可以实现轨迹间的融合。这里使用MoveJ的目的是获得最高效的运动性能。然而，对于并联机器人，由于其机械结构原因，无法使用常规的MoveJ指令，并联机器人的各个关节必须协调运动，其末端TCP轨迹路径可预测，无法实现技术上严格意义的PTP运动。可参数化的直接的跳跃运动轨迹的设计是解决并联机器人类拾捡作业的一种方式，同样这一轨迹设计结果也适用于非并联结构的其他结构类型的机器人。在现有的规划技术中，过渡段在两段相邻轨迹段上的长度相同，过渡规划的过程除了需要确定1个相接点和2个过渡点外，还需要插入4个控制点，然后采用三次B样条曲线的方法来实现过渡轨迹规划。这种轨迹规划的方法较为复杂，不够灵活，无法较好地适应不同程度的搬运捡拾作业。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法，用于为机器人搬运拾捡作业规划跳跃运动轨迹，该方法包括以下步骤：S1：给定笛卡尔空间中跳跃运动的起点和终点，根据具体拾捡应用的要求设定跳跃的竖直段高度、弯角高度。S2：根据跳跃的竖直段高度、弯角高度计算总跳跃高度，由总跳跃高度获取用于规划跳跃运动路径的两个辅助点，包括第一辅助点和第二辅助点，第一辅助点为第一段运动轨迹的终点，同为第二段运动轨迹的起点，第二辅助点为第二段运动轨迹的终点，同为第三段运动轨迹的起点。S3：根据机器人性能分别设定三段运动轨迹的限制速度、限制加速度和限制加加速度，分别获取三段运动轨迹的关键点及关键点的运动参量，包括每处时间点所对应的位置、速度、加速度和加加速度。所述的三段运动轨迹依次为起跳向上运动、水平跨越运动和降落向下运动。优选地，每一段运动轨迹采用七个分段函数插补而成，七个分段函数的相关系数由关键点的运动参量获取。优选地，每一段运动轨迹的关键点为七个分段函数的八处时间点，八处时间点由每一段运动轨迹的限制速度、限制加速度和限制加加速度确定，八处时间点包括每一段运动轨迹的起点、终点对应的时间点。优选地，关键点的运动参量采用S型速度轨迹规划方法获取关键点的运动参量，每处时间点的速度受到限制速度的约束，每处时间点的加速度受到限制加速度的约束，每处时间点的加加速度受到限制加加速度的约束。每个分段函数的加加速度j、加速度a、速度v、位置y采用以下计算公式求得：式中，j0，a0，v0，y0分别为各段的加加速度、加速度、速度及位置的初始值，各个分段函数的加加速度、加速度、速度、位置的获取表达式为：第1段：y0＝0，v0＝0，a0＝0，j0＝jc第2段：y0＝yt1，v0＝vt1，a0＝amax，j0＝0第3段：y0＝yt2，v0＝vt2，a0＝amax，j0＝-jc第4段：y0＝yt3，v0＝vt3，a0＝0，j0＝0第5段：y0＝yt4，v0＝vt4，a0＝0，j0＝jc第6段：y0＝yt5，v0＝vt5，a0＝-amax，j0＝0第7段：y0＝yt6，v0＝vt6，a0＝-amax，j0＝jc其中，vt1、vt2、vt3、vt4、vt5、vt6、yt1、yt2、yt3、yt4、yt5、yt6分别为各段相应关键点所对应的速度和位置，jc为给定的加加速度限值，amax为在给定的起点终点的位移量，允许的限制速度和允许的限制加速度条件下所确定的实际运动可达到的最大加速度。S4：根据步骤S1中获取的竖直段高度、弯角高度，计算第一段运动轨迹与第二段运动轨迹融合的时间点以及第二段运动轨迹与第三段运动轨迹融合的时间点。第一段运动轨迹与第二段运动轨迹融合的时间点的获取包括以下步骤：a1)根据步骤S1中所指定的竖直端高度和弯角高度，获取总高度，从而规划和计算出第一段运动轨迹的运动总用时，即所述的八处时间点中的终点对应的时间点，根据弯角高度，计算其所对应的运动用时；a2)获取第二段运动轨迹的运动总用时；a3)将步骤a2)中第二段运动轨迹的运动总用时的一半与步骤a1)中弯角高度所对应的运动用时做比较，取二者之小；a4)将步骤a1)中所计算的第一段运动轨迹的运动总用时减去步骤a3)中的比较结果，获取第一段运动轨迹与第二段运动轨迹融合的起始时间点，即触发第二段运动轨迹开始运动的时间点。第二段运动轨迹与第三段运动轨迹融合的时间点的获取包括以下步骤：b1)根据步骤S1中所指定的竖直端高度和弯角高度，获取总高度，从而规划和计算出第二段运动轨迹的运动总用时，即所述的八处时间点中的终点对应的时间点，根据弯角高度，获取弯角高度所对应的运动用时；b2)获取第三段运动轨迹的运动总用时；b3)将步骤b2)中第三段运动轨迹的运动总用时的一半与步骤b1)中弯角高度所对应的运动用时做比较，取二者之小；b4)将步骤b1)中所计算的第二段运动轨迹的运动总用时减去步骤b3)中的比较结果，获取第二段运动轨迹与第三段运动轨迹融合的起始时间点，即触发第三段运动轨迹开始运动的时间点。S5：结合三段运动轨迹的关键点的运动参量以及轨迹融合的时间点，规划完整的跳跃运动轨迹。规划每一段运动轨迹后，将两个计时器A、B分别分配给第一段运动轨迹和第二段运动轨迹，当计时器A达到设定的竖直段高度所对应的时间点时，触发计时器B开始执行第二段运动轨迹的规划执行，当第一段运动轨迹运动时间结束，将计时器A分配给第二段运动轨迹，同时将计时器B分配给第三段运动轨迹，等待开始，两个计时器随运动的执行向前传递。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、本专利技术采用竖直段高度和弯角高度可参数化、可调节的方法来实现跳跃运动带路径融合的轨迹规划，通过分别设定不同轨迹段的局部运动参数，可获取不同形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法，用于为机器人搬运拾捡作业规划跳跃运动轨迹，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n1)给定笛卡尔空间中跳跃运动的起点和终点，根据具体拾捡应用的要求设定跳跃的竖直段高度、弯角高度；/n2)根据跳跃的竖直段高度、弯角高度计算总跳跃高度，由总跳跃高度获取用于规划跳跃运动路径的两个辅助点；/n3)根据机器人性能分别设定三段运动轨迹的限制速度、限制加速度和限制加加速度，分别获取三段运动轨迹的关键点及关键点的运动参量，所述的三段运动轨迹依次为起跳向上运动、水平跨越运动和降落向下运动；/n4)根据步骤1)中获取的竖直段高度、弯角高度，计算第一段运动轨迹与第二段运动轨迹融合的时间点以及第二段运动轨迹与第三段运动轨迹融合的时间点；/n5)结合三段运动轨迹的关键点的运动参量以及轨迹融合的时间点，规划完整的跳跃运动轨迹。/n

【技术特征摘要】
1.一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法，用于为机器人搬运拾捡作业规划跳跃运动轨迹，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)给定笛卡尔空间中跳跃运动的起点和终点，根据具体拾捡应用的要求设定跳跃的竖直段高度、弯角高度；
2)根据跳跃的竖直段高度、弯角高度计算总跳跃高度，由总跳跃高度获取用于规划跳跃运动路径的两个辅助点；
3)根据机器人性能分别设定三段运动轨迹的限制速度、限制加速度和限制加加速度，分别获取三段运动轨迹的关键点及关键点的运动参量，所述的三段运动轨迹依次为起跳向上运动、水平跨越运动和降落向下运动；
4)根据步骤1)中获取的竖直段高度、弯角高度，计算第一段运动轨迹与第二段运动轨迹融合的时间点以及第二段运动轨迹与第三段运动轨迹融合的时间点；
5)结合三段运动轨迹的关键点的运动参量以及轨迹融合的时间点，规划完整的跳跃运动轨迹。


2.根据权利要求1所述的一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法，其特征在于，所述的两个辅助点包括第一辅助点和第二辅助点，所述的第一辅助点为第一段运动轨迹的终点，同为第二段运动轨迹的起点，所述的第二辅助点为第二段运动轨迹的终点，同为第三段运动轨迹的起点。


3.根据权利要求2所述的一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法，其特征在于，每一段运动轨迹采用七个分段函数插补而成，七个分段函数的相关系数由关键点的运动参量获取。


4.根据权利要求3所述的一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法，其特征在于，每一段运动轨迹的关键点为七个分段函数的八处时间点，八处时间点由每一段运动轨迹的限制速度、限制加速度和限制加加速度确定，八处时间点包括每一段运动轨迹的起点、终点对应的时间点。


5.根据权利要求4所述的一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法，其特征在于，关键点的运动参量包括每处时间点所对应的位置、速度、加速度和加加速度。


6.根据权利要求5所述的一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法，其特征在于，关键点的运动参量通过采用S型速度轨迹规划方法获取，每处时间点的速度受到限制速度的约束，每处时间点的加速度受到限制加速度的约束，每处时间点的加加速度受到限制加加速度的约束。


7.根据权利要求6所述的一种竖直高度和弯角高度可设置的跳跃运动轨迹规划方法，其特征在于，步骤5)的具体内容为：
规划每一段运动轨迹后，将两个计时器A、B分别分配给第一段运动轨迹和第二段运动轨迹，当计时器A达到设定的竖直段高度所对应的时间点时，触发计时器B开始执行第二段运动轨迹的规划执行，当第一段运动轨迹运动时间结束，将计时器A分配给第二段运动轨迹，同时将计时器B分配给第三段运动轨迹，等待开始，两个计时器随运动的执行向前传递。


8.根据权利要求7所述的一种竖直高度和...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁晗，顾文昊，肖武云，杨君娟，童上高，
申请(专利权)人：上海沃迪智能装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31