用于使机器人优化速度同时保持对加速度和加加速度的限制的运动规划制造技术

描述了在不违反对加速度和加加速度(加速度相对于时间的导数)约束的情况下优化机器人或其部分的速度的更快、更低计算强度和更鲁棒的技术。在不违反加速度约束的情况下优化速度的非线性问题被线性化，并产生加速度约束的速度估计。在不违反加加速度约束的情况下优化速度的非线性问题被线性化，并产生加加速度约束的速度估计，并且可以由加速度约束的速度估计提供。可以生成和提供构型和定时，例如作为矢量，以控制机器人、机器人附件或其他结构的操作。作。作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使机器人优化速度同时保持对加速度和加加速度的限制的运动规划


[0001]本公开总体上涉及可用于机器人的运动规划，并且具体地涉及能够在保持对加速度和加加速度(jerk)的限制的同时优化机器人或其部分的速度的方面提高计算效率的系统和方法。

技术介绍

[0002]相关技术
[0003]运动规划是机器人控制和机器人学中的基础问题。运动规划指定了机器人从起始状态到目标状态能够遵循的路径，通常为了在不与操作环境中的任何障碍物发生碰撞的情况下，或者在减少与操作环境中的任何障碍物发生碰撞的可能性的情况下完成任务。运动规划面临的挑战涉及即使环境特征变化也能够以非常快的速度执行运动规划。例如，环境中一个或更多个障碍物的位置或方向等特征可能会随着时间而改变。挑战还包括使用成本相对低的设备、以相对低的能耗和有限的存储量(例如，存储器电路(如处理器芯片电路))来执行运动规划。

技术实现思路

[0004]机器人或其部分通常沿路径或轨迹，从起始姿态或构型运动到结束姿态或构型，在其间具有一个或更多个中间姿态或构型。机器人学中的一个问题是在保持对加速度的限制同时使机器人或其部分沿路径的速度最大化，并最小化由运动引起的机器人或其部分的任何抖动。这可以作为优化问题提出，即在不违反任何约束的情况下优化沿几何路径的速度。此上下文中的约束包括对速度、加速度和加加速度(即加速度对时间的导数)的约束。
[0005]在观察对加加速度的限制(即加加速度限制(jerk limit))的同时优化速度通常是计算上的难题。传统方法采用非线性优化方法。这些非线性优化方法通常求解缓慢，并且容易陷入非最优局部最小值，从而导致错误的解。
[0006]在不违反对加速度和加加速度的约束的情况下，优化机器人或其部分的速度的更快、更低计算强度和更鲁棒的技术在商业上是可取的。
[0007]方面1：一种在基于处理器的系统中控制机器人的运动的操作的方法，所述基于处理器的系统包括至少一个处理器，所述方法包括：
[0008]对于沿几何路径从s1到至少s
n
‑1的多个航路点s
i
中的每一个，存在针对每个航路点s
i
的对应的机器人构型q
i
，在将加速度限制应用于由航路点s
i
的相邻航路点之间的转换表示的运动的同时线性确定沿路径的最大速度的估计；
[0009]在将加速度限制应用于由航路点s
i
的相邻航路点之间的转换表示的运动的同时线性确定沿路径的最大速度的估计之后，对于沿几何路径从s1到至少s
n
‑1的多个航路点s
i
中的每一个，在将加加速度限制应用于由航路点s
i
的相邻航路点之间的转换表示的运动的同时线性确定沿路径的最大速度的估计；以及
[0010]对于沿几何路径从至少s2到s
n
的航路点s
i
中的每一个，基于所确定的最大速度的估计中的相应的估计来确定将到达相应的航路点的相应的时间。
[0011]方面2：根据方面1所述的方法，其中，在将加速度限制应用于由航路点S
i
的相邻航路点之间的转换表示的运动的同时线性确定沿路径的最大速度的估计包括：
[0012]对于从至少s
n
‑1到s1(后向)连续的航路点s
i
，确定由每个相应的航路点s
i
处的加速度限制界定的相应的可行速度范围；以及
[0013]在确定由每个的相应航路点S
i
处的加速度限制界定的相应的可行速度范围之后，然后，对于从s1到s
n
‑1(前向)连续的航路点s
i
，选择至少近似地最大化从s1到至少s
n
‑1的连续航路点s
i
之间的每个转换的速度绝对值或速度平方的相应的加速度值，使得相应的加速度值在对应的加速度限制内并且对应的速度在相应的可行速度范围内。
[0014]方面3：根据方面2所述的方法，其中，对于从至少s
n
‑1到s1(后向)连续的航路点S
i
，确定由每个相应的航路点s
i
处的加速度限制界定的相应的可行速度范围包括：确定在航路点s
n
处的速度为等于零。
[0015]方面4：根据方面1至3中任一项所述的方法，其中，在将加加速度限制应用于由航路点s
i
的相邻航路点之间的转换表示的运动的同时线性确定沿路径的最大速度的估计包括：
[0016]对于从s
n
‑1到s1连续的航路点s
i
，确定相应的可行速度范围和相应的可行加速度范围，范围中的每个由每个相应的航路点s
i
处的加加速度限制的界定；以及
[0017]在确定由每个相应的航路点s
i
处的加加速度限制界定的相应的可行速度范围和可行加速度范围之后，然后，对于从s1到s
n
‑1(后向)连续的航路点s
i
，选择至少近似地最大化从s1到s
n
的连续航路点s
i
之间的每个转换的速度平方(x)的相应的加加速度值，使得相应的加加速度值在对应的加加速度限制内，对应的速度在相应的可行速度范围内，并且对应的加速度在相应的可行加速度范围内。
[0018]方面5：根据方面4所述的方法，还包括：
[0019]进行多次迭代，直到达到结束条件，
[0020]对于航路点s
i
，至少部分地基于相应的输入值来确定相应的加加速度限制速度，所述相应的输入值等于最近先前迭代的相应的输入值减去epsilon值，并且所述epsilon值是在多次迭代内保持不变的常量或在多次迭代中变化的变量。
[0021]方面6：根据方面5所述的方法，还包括：
[0022]通过以下方式确定是否达到结束条件：
[0023]确定对应于当前选择的加加速度值的至少近似最大化的速度平方与对应于最近的先前选择的加加速度值的至少近似最大化的速度平方之间的差；以及
[0024]将确定的差与阈值进行比较。
[0025]方面7：根据方面1所述的方法，其中，对于沿着几何路径从s1到s
n
的多个航路点s
i
中的每一个，基于最大化速度中的相应的速度来确定将到达相应的航路点的相应的时间包括：确定表示构型q
i
中的每个将被实现的的相应的相对时间的时间向量。
[0026]方面8：根据方面7所述的方法，还包括：接收n个机器人构型q
i
的构型向量，构型向量具有长度n，并且其中，确定表示构型q
i
中的每个将被实现的相应的相对时间的时间向量包括确定具有与构型向量的长度等于的长度的时间向量。
[0027]方面9：根据方面8所述的方法，其中，接收n本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在基于处理器的系统中控制机器人的运动的操作的方法，所述基于处理器的系统包括至少一个处理器，所述方法包括：对于沿几何路径从s1到至少s
n
‑1的多个航路点s
i
中的每一个，存在针对每个航路点s
i
的对应的机器人构型q
i
，在将加速度限制应用于由所述航路点s
i
的相邻航路点之间的转换表示的运动的同时线性确定沿路径的最大速度的估计；在将加速度限制应用于由所述航路点s
i
的相邻航路点之间的转换表示的运动的同时线性确定沿路径的最大速度的估计之后，对于沿几何路径从s1到s
n
‑1的多个航路点s
i
中的每一个，在将加加速度限制应用于由航路点s
i
的相邻航路点之间的转换表示的运动的同时线性确定沿路径的最大速度的估计；以及对于沿几何路径从至少s2到s
n
的航路点s
i
中的每一个，基于所确定的最大速度的估计中的相应的估计来确定将到达相应的航路点的相应的时间。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在将加速度限制应用于由航路点s
i
的相邻航路点之间的转换表示的运动的同时线性确定沿路径的最大速度的估计包括：对于从至少s
n
‑1到s1连续的航路点s
i
，确定由每个相应的航路点s
i
处的加速度限制界定的相应的可行速度范围；以及在确定由加速度限制界定的相应的可行速度范围之后，然后，对于从s1到s
n
‑1连续的航路点s
i
，选择至少近似地最大化从s1到至少s
n
‑1的连续航路点s
i
之间的每个转换的速度平方的相应的加速度值，使得相应的加速度值在对应的加速度限制内并且对应的速度在相应的可行速度范围内。3.根据权利要求2所述的方法，其中，对于从至少s
n
‑1到s1连续的航路点s
i
，确定由每个相应航路点s
i
处的加速度限制界定的相应的可行速度范围包括：确定在航路点s
n
处的速度为等于零。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在将加加速度限制应用于由航路点s
i
的相邻航路点之间的转换表示的运动的同时线性确定沿路径的最大速度的估计包括：对于从s
n
‑1到s1连续的航路点s
i
，确定相应的可行速度范围和相应的可行加速度范围，范围中的每个由每个相应航路点s
i
处的加加速度限制界定；以及在确定由每个相应的航路点s
i
处的加加速度限制界定的相应的可行速度范围和可行加速度范围之后，然后，对于从s1到s
n
‑1连续的航路点s
i
，选择至少近似地最大化从s1到s
n
的连续航路点s
i
之间的每个转换的速度平方的相应的加加速度值，使得相应的加加速度值在对应的加加速度限制内，对应的速度在相应的可行速度范围内，并且对应的加速度在相应的可行加速度范围内。5.根据权利要求4所述的方法，还包括：进行多次迭代，直到达到结束条件，对于航路点s
i
，至少部分地基于相应的输入值来确定相应的加加速度限制速度，所述相应的输入值等于最近先前迭代的相应的输入值减去epsilon值，并且所述epsilon值是在所述多次迭代内保持不变的常量或在所述多次迭代中变化的变量。6.根据权利要求5所述的方法，还包括：通过以下方式确定是否达到结束条件：确定对应于当前选择的加加速度值的至少近似最大化的速度平方与对应于最近的先
前选择的加加速度值的至少近似最大化的速度平方之间的差；以及将确定的差与阈值进行比较。7.根据权利要求1所述的方法，其中，对于沿着几何路径从S1到S
n
的多个航路点S
i
中的每一个，基于最大速度组中的相应的最大速度来确定将到达相应的航路点的相应的时间包括：确定表示构型q
i
中的每个将被实现的相应的相对时间的时间向量。8.根据权利要求7所述的方法，还包括：接收n个机器人构型q
i
的构型向量，所述构型向量具有长度n，并且其中，确定表示构型q
i
中的每个将被实现的相应的相对时间的时间向量包括确定具有与构型向量的长度相等的长度的时间向量。9.根据权利要求8所述的方法，其中，接收n个机器人构型q
i
的构型向量包括接收提供机器人的构型空间中的点向量的构型向量，每个点指定机器人的至少两个关节中的每一个的相应的姿态。10.根据权利要求1所述的方法，其中，对于沿几何路径从至少s2到s
n
的航路点s
i
中的每一个，基于最大速度的所确定的估计的组中的相应的估计来确定将到达相应的航路点的相应的时间包括确定将到达相应的航路点的相应的相对时间，所述相应的相对时间相对于将到达至少一个先前航路点的相应的时间。11.根据权利要求1至3或6至10中任一项所述的方法，还包括：至少提供所确定的将到达相应的航路点的相应的时间以控制所述机器人的运动。12.一种控制机器人的运动的系统，所述系统包括：至少一个处理器；以及至少一个非暂时性处理器可读介质，其通信地耦合到所述至少一个处理器并存储处理器可执行指令，所述处理器可执行指令在由所述至少一个处理器执行时使所述至少一个处理器进行以下操作：对于沿几何路径从s1到s
n
的多个航路点s
i
中的每一个，存在针对每个航路点s
i
的对应的机器人构型q
i
，在应用于由航路点s
i
的相邻航路点之间的转换表示的运动的加速度限制下，线性确定沿路径的最大速度的估计；在应用于由航路点s
i
的相邻航路点之间的转换表示的运动的加速度限制下线性确定沿路径的最大速度的估计之后，对于沿几何路径从s1到至少s
n
的多个航路点s
i
中的每一个，在应用于由航路点s
i
的相邻航路点之间的转换表示的运动的加加速度限制下，线性确定沿路径的最大速度的估计；以及对于沿几何路径从至少s2到s
n
的航路点s
i
中的每一个，基于所确定的最大速度的估计中的相应的估计来确定将到达相应的航路点的相应的时间。13.根据权利要求12所述的系统，其中，为了在应用于由航路点s
i
的相邻航路点之间的转换表示的运动的加速度限制下，线性确定沿路径的最大速度的估计，所述处理器可执行指令使所述至少一个处理器：对于从至少s
n
‑1到s1连续的航路点s
i
，确定由每个相应的航路点s
i
处的加速度限制界定的相应的可行速度范围；以及在确定由每个相应航路点s
i
处的加速度限制界定的相应的可行速度范围之后，然后，对于从s1到s
n
‑1连续的航路点s
i
，选择至少近似地最大化从s1到s
n
的连续航路点s
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯多夫，
申请(专利权)人：实时机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：