面向低频驱控一体的机械臂轨迹规划方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及面向低频驱控一体的机械臂轨迹规划方法及系统。方法包括以下步骤：S1，获取机械臂运动路径的起点和终点的关节空间坐标及期望的运动总时长；S2，对机械臂进行运动学建模以计算出笛卡尔空间坐标信息，并根据设定生成机械臂的运动轨迹；S3，采用二分法在起点和终点之间进行迭代插补得到符合要求的路径点集合并进行运动学规划，插补至与终点重合为止；S4，根据运动学规划结果在关节空间内生成实时轨迹曲线。本发明专利技术采用了迭代插补法进行路径点搜索，运行速度相对更快，效率更高，减少了轨迹规划在使用时所占用的计算时间，可以解放出更多的内存和算力去执行其他任务，可以满足配置较低的机械臂使用。配置较低的机械臂使用。配置较低的机械臂使用。

【技术实现步骤摘要】
面向低频驱控一体的机械臂轨迹规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及机械臂轨迹规划，尤其涉及一种面向低频驱控一体的机械臂轨迹规划方法及系统。

技术介绍

[0002]随着工业4.0时代的到来，工业机器人在国内的生产中起到了越来越重要的作用。目前市面上的主流工业机器人生产厂商均为国外企业，相比于国内的本土企业，这些公司在机器人的制造技术和软件成熟度上均大幅领先国内，其中轨迹规划是工业机器人运动控制的基础，轨迹规划的程度对机器人的运行效率、运动平稳性、能量损耗有着重大影响。
[0003]自工业机器人诞生以来，轨迹规划研究成果层出不穷，国内外学者针对不同作业特点设计了各式各样的方法，然而许多方式只停留在理论层面，实际落地生产时还有诸多问题。目前科研领域的机器人轨迹规划算法主要依靠ROS(机器人操作系统(Robot Operating System))实现。ROS是用于编写机器人软件程序的一种具有高度灵活性的软件架构。ROS的原型源自斯坦福大学的STanford Artificial Intelligence Robot(STAIR)和Personal Robotics(PR)项目。但是通过ROS实现的轨迹规划算法占用资源较大，并不适用于配置较低的低频驱控一体的机械臂，有待改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于为克服现有技术的以上缺陷，而提供一种面向低频驱控一体的机械臂轨迹规划方法及系统，使其满足配置较低的机械臂使用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：<br/>[0006]面向低频驱控一体的机械臂轨迹规划方法，其包括以下步骤：
[0007]S1，获取机械臂运动路径的起点和终点的关节空间坐标及期望的运动总时长；
[0008]S2，对机械臂进行运动学建模以计算出笛卡尔空间坐标信息，并根据设定生成机械臂的运动轨迹；
[0009]S3，采用二分法在起点和终点之间进行迭代插补得到符合要求的路径点集合并进行运动学规划，插补至与终点重合为止；
[0010]S4，根据运动学规划结果在关节空间内生成实时轨迹曲线。
[0011]进一步地，步骤S2包括以下步骤：
[0012]在笛卡尔空间中，在机械臂各关节处固定三维坐标系；
[0013]采用D
‑
H齐次变换矩阵构建机械臂相邻两个连杆间的空间关系；
[0014]对得到的D
‑
H齐次变换矩阵进行矩阵变换后得到正运动学模型；
[0015]对得到的正运动学模型进行正运动学解算，计算出起点和终点的笛卡尔空间位置并生成运动轨迹。
[0016]进一步地，步骤S3包括以下步骤：
[0017]S31，在运动轨迹中获取多个采样点，采样点与起点、终点均为第一路径点，相邻两
个第一路径点之间步长小于步长设定值；
[0018]S32，从起点开始，每相邻两个第一路径点在关节空间求二分点；
[0019]S33，算出二分点的笛卡尔空间坐标并采用该坐标算出二分点的误差，判断误差是否大于设定值，如果误差不大于设定值，则保留当前二分点为关节空间中的第二路径点；如果误差大于设定值，则将当前二分点作为二分区间右端点且左端点不变重新计算二分点直至误差不大于设定值；
[0020]S34，路径点集合中包含第一路径点和第二路径点，判断路径点集合的路径点是否达到设定数量，若未达到设定数量，则返回步骤S32；若达到设定数量，则对路径点集合进行运动学规划；
[0021]S35，判断是否与终点重合，若未重合，则返回步骤S32，若重合，则结束插补。
[0022]进一步地，运动学规划的过程为：
[0023]路径点集合中的n个路径点在关节空间分别记为x
i
：x1,x2,x3...x
n
；
[0024]路径点之间的长度记为l
i
：l1,l2,l3...l
n
‑1；
[0025]每段的平均速度记为v
i
：v1,v2,v3...v
n
‑1；
[0026]加速度记为a
i
：a1,a2,a3...a
n
‑2；
[0027]每段的设定运动时间t
i
＝(l
i
/l)*t，t为运动总时长，l为总长度；
[0028]每段间的过渡段用时t
bi
：t
b1
，t
b2
，t
b3
…
t
b(n
‑
2)
；
[0029][0030][0031]其中a为已设定的关节最大加速度；
[0032]如果2t
bi
≤t
i
，则过渡段插补成立；反之则需要设定时间t
i
乘以放大因子增加时长来补足时间；
[0033]得到关节空间中的抛物线公式：
[0034][0035]进一步地，在步骤S34中，进行了运动学规划之后，路径点集合中最后一个路径点的速度、加速度保留至下一次迭代的运动学规划中使用。
[0036]进一步地，路径点集合的路径点设定数量不少于5。
[0037]进一步地，二分点的误差为所计算出二分点的笛卡尔空间坐标到当前相邻两个第一路径点之间直线段的笛卡尔空间距离。
[0038]本专利技术还公开了一种电子设备，包括：处理器；以及存储器，存储器上存储有计算机可读指令，计算机可读指令被处理器执行时实现以上的方法。
[0039]本专利技术还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以上的方法。
[0040]本专利技术还公开了面向低频驱控一体的机械臂轨迹规划系统，其包括低频开发板、驱控一体设备及机械臂，驱控一体设备分别电连接低频开发板和机械臂，低频开发板用于向驱控一体设备发出控制指令以驱使机械臂运动，低频开发板中写入有计算机指令，计算机指令用于实现以上的方法。
[0041]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：采用了迭代插补法进行路径点搜索，运行速度相对更快，效率更高，减少了轨迹规划在使用时所占用的计算时间，可以解放出更多的内存和算力去执行其他任务，可以满足配置较低的机械臂使用。
附图说明
[0042]图1为本专利技术面向低频驱控一体的机械臂轨迹规划方法的总流程图。
[0043]图2为本专利技术面向低频驱控一体的机械臂轨迹规划方法的步骤S3详细流程图。
[0044]图3为本专利技术面向低频驱控一体的机械臂轨迹规划系统框图。
[0045]需要说明的是，以上视图所示产品均为适应图纸大小及视图清楚而进行了适当的缩小/放大，并不对视图所示产品大小加以限制。
具体实施方式
[0046]现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向低频驱控一体的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1，获取机械臂运动路径的起点和终点的关节空间坐标及期望的运动总时长；S2，对机械臂进行运动学建模以计算出笛卡尔空间坐标信息，并根据设定生成机械臂的运动轨迹；S3，采用二分法在起点和终点之间进行迭代插补得到符合要求的路径点集合并进行运动学规划，插补至与终点重合为止；S4，根据运动学规划结果在关节空间内生成实时轨迹曲线。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：在笛卡尔空间中，在机械臂各关节处固定三维坐标系；采用D
‑
H齐次变换矩阵构建机械臂相邻两个连杆间的空间关系；对得到的D
‑
H齐次变换矩阵进行矩阵变换后得到正运动学模型；对得到的正运动学模型进行正运动学解算，计算出起点和终点的笛卡尔空间位置并生成运动轨迹。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：S31，在运动轨迹中获取多个采样点，采样点与起点、终点均为第一路径点，相邻两个第一路径点之间步长小于步长设定值；S32，从起点开始，每相邻两个第一路径点在关节空间求二分点；S33，算出二分点的笛卡尔空间坐标并采用该坐标算出二分点的误差，判断误差是否大于设定值，如果误差不大于设定值，则保留当前二分点为关节空间中的第二路径点；如果误差大于设定值，则将当前二分点作为二分区间右端点且左端点不变重新计算二分点直至误差不大于设定值；S34，路径点集合中包含第一路径点和第二路径点，判断路径点集合的路径点是否达到设定数量，若未达到设定数量，则返回步骤S32；若达到设定数量，则对路径点集合进行运动学规划；S35，判断是否与终点重合，若未重合，则返回步骤S32，若重合，则结束插补。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述运动学规划的过程为：路径点集合中的n个路径点在关节空间分别记为x
i
：x1,x2,x3...x
n
；路径点之间的长度记为l
i
：l1,l2,l3...l
n
‑1；每段的...

【专利技术属性】
技术研发人员：石建军，王四宝，冷俊，
申请(专利权)人：深圳市华成工业控制股份有限公司，
类型：发明
国别省市：