一种机器人轨迹规划方法、系统及相关组件技术方案

本申请公开了一种机器人轨迹规划方法、系统及相关组件，机器人轨迹规划方法包括以下步骤：确定伴随函数，伴随函数以轨迹参数为自变量，伴随函数在其起点处和终点处的一阶导数和二阶导数均为0；根据位置前条轨迹、位置后条轨迹以及伴随函数规划位置平滑轨迹；根据姿态前条轨迹、姿态后条轨迹以及伴随函数规划姿态平滑轨迹。应用本申请提供的机器人轨迹规划方法，平滑轨迹在过渡点处与前条轨迹和后条轨迹的一阶导连续且二阶导连续，机器人在运动到过渡点时不会出现抖动；同时位置和姿态通过伴随函数建立同步关系，实现了路径在位置和姿态上一一对应的效果。一一对应的效果。一一对应的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人轨迹规划方法、系统及相关组件


[0001]本申请涉及机器人位姿控制
，更具体地说，涉及一种机器人轨迹规划方法、系统、装置以及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]在机器人运动控制中，其轨迹的规划方式可以分为CP运动和PTP运行。如果想使机器人TCP点按期望路径行走，需要用到多段CP运动连续进行。在单段CP运动的规划中，其初速度和末速度都为0，如果在多段CP连续运动的过程中每段速度都降为0，会大大降低工作效率，并且频繁的加减速也会对电机和减速器的寿命有影响。
[0003]多数做法会通过一些方法，使连续的两段CP运动平滑转接，速度不用降为0。因为连续的直线或圆弧如果不相切就会有尖角，速度不为0通过尖角的话就会产生振动。所以运动在前段轨迹的末端和后段轨迹的初段脱离原规划轨迹，在前段轨迹的末端有拐出点，后段轨迹的初段有拐入点，分别是平滑轨迹的始末点，也称为平滑轨迹与前段轨迹、后段轨迹的过渡点。
[0004]机器人TCP点的运动描述可以分位两个部分，包括路径和姿态。路径描述了机器人TCP点在坐标系下的位置，以(X，Y，Z)表示。姿态描述了TCP点在坐标系下的方向，表述方式有很多，包括旋转矩阵，欧拉角，四元数等。
[0005]现有技术中，规划平滑轨迹的方式多为矢量叠加法、圆弧平滑和Bezier曲线。
[0006]矢量叠加法是通过速度矢量叠加的方式形成平滑轨迹，其特点就是与速度相关。在机器人应用中，会以不同的速度走同一套示教点，矢量叠加法会造成在不同速度下走出不同的轨迹，存在有撞击的风险。
[0007]圆弧平滑解决了这个问题，圆弧平滑是路径规划，其路径不会因为速度改变而改变。但是圆弧平滑时，由于直线的曲率为0，而圆弧的曲率为半径分之1，曲率存在突变，因此，其弊端在于其路径只有一阶导连续，二阶导不连续。这样过渡点处加速度突变，会产生抖动。
[0008]之后的Bezier曲线在圆弧平滑的优点上，让路径二阶可导，使路径上没有突增的加速度。但是Bezier曲线依然有个问题。Bezier曲线的位置和姿态是分别规划的，然后在通过时间相同使二者达成同步。这样还是会引入速度项，在有限情况下，不同的速度会造成位置和姿态的同步变化。到轴空间依然会有轨迹变化。
[0009]综上所述，如何实现轨迹的平滑过渡，同时实现机器人的位置与姿态一一对应，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0010]有鉴于此，本申请的目的是提供一种机器人轨迹规划方法，其在二阶可导的基础上，通过前后两条轨迹的位姿路径规划平滑轨迹，使得路径在位置和姿态上一一对应。本申请的另一目的是提供一种平滑轨迹规划系统、平滑轨迹规划装置以及计算机可读存储介
质。
[0011]为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0012]一种机器人轨迹规划方法，包括：
[0013]确定伴随函数，所述伴随函数以轨迹参数为自变量，所述伴随函数在其起点处和终点处的一阶导数和二阶导数均为0；
[0014]根据位置前条轨迹、位置后条轨迹以及所述伴随函数规划位置平滑轨迹；所述位置平滑轨迹的起点与所述位置前条轨迹中的一个路径点重合，所述位置平滑轨迹的终点与所述位置后条轨迹中的一个路径点重合；
[0015]根据姿态前条轨迹、姿态后条轨迹以及所述伴随函数规划姿态平滑轨迹；所述姿态平滑轨迹的起点与所述姿态前条轨迹中的一个路径点重合，所述姿态平滑轨迹的终点与所述姿态后条轨迹中的一个路径点重合。
[0016]可选的，所述根据位置前条轨迹、位置后条轨迹以及所述伴随函数规划位置平滑轨迹的过程包括：
[0017]根据第一关系式得到所述位置平滑轨迹；其中，所述第一关系式为s为所述轨迹参数，r(s)为所述位置平滑轨迹，p(s)为所述伴随函数，所述位置前条轨迹的终点和所述位置后条轨迹的起点相交于平滑球体的球心，为位于所述平滑球体内的所述位置前条轨迹，为位于所述平滑球体内的所述位置后条轨迹。
[0018]可选的，所述根据姿态前条轨迹、姿态后条轨迹以及所述伴随函数规划姿态平滑轨迹的过程包括：
[0019]根据第二关系式得到所述姿态平滑轨迹；其中，所述第二关系式为根据第二关系式得到所述姿态平滑轨迹；其中，所述第二关系式为根据第二关系式得到所述姿态平滑轨迹；其中，所述第二关系式为为所述姿态平滑轨迹，p(s)为所述伴随函数，所述姿态前条轨迹的终点和所述姿态后条轨迹的起点相交于平滑球体的球心，为位于所述平滑球体内的所述姿态前条轨迹，为位于所述平滑球体内的所述姿态后条轨迹，θ为夹角。
[0020]可选的，当所述轨迹参数位于起点处，所述伴随函数在其起点处的值为0，所述伴随函数在其终点处的值为1。可选的，所述伴随函数为p(s)＝10s3‑
15s4+6s5。
[0021]一种平滑轨迹规划系统，包括：
[0022]伴随函数确定模块，用于确定伴随函数，所述伴随函数以轨迹参数为自变量，所述伴随函数在其起点处和终点处的一阶导数和二阶导数均为0；
[0023]位置平滑轨迹规划模块，用于根据位置前条轨迹、位置后条轨迹以及所述伴随函数规划位置平滑轨迹；所述位置平滑轨迹的起点与所述位置前条轨迹中的一个路径点重合，所述位置平滑轨迹的终点与所述位置后条轨迹中的一个路径点重合；
[0024]姿态平滑轨迹规划模块，用于根据姿态前条轨迹、姿态后条轨迹以及所述伴随函数规划姿态平滑轨迹；所述姿态平滑轨迹的起点与所述姿态前条轨迹中的一个路径点重合，所述姿态平滑轨迹的终点与所述姿态后条轨迹中的一个路径点重合。
[0025]可选的，所述位置平滑轨迹规划模块包括：
[0026]第一确定模块，用于根据第一关系式得到所述位置平滑轨迹；其中，所述第一关系
式为s为所述轨迹参数，r(s)为所述位置平滑轨迹，p(s)为所述伴随函数，所述位置前条轨迹的终点和所述位置后条轨迹的起点相交于平滑球体的球心，为位于所述平滑球体内的所述位置前条轨迹，为位于所述平滑球体内的所述位置后条轨迹。
[0027]可选的，所述姿态平滑轨迹规划模块包括：
[0028]第二确定模块，用于根据第二关系式得到所述姿态平滑轨迹；其中，所述第二关系式为式为为所述姿态平滑轨迹，p(s)为所述伴随函数，所述姿态前条轨迹的终点和所述姿态后条轨迹的起点相交于平滑球体的球心，为位于所述平滑球体内的所述姿态前条轨迹，为位于所述平滑球体内的所述姿态后条轨迹，θ为夹角。
[0029]一种平滑轨迹规划装置，包括：
[0030]存储器，用于存储计算机程序；
[0031]处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述任意一种机器人轨迹规划方法的步骤。
[0032]一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任意一种机器人轨迹规划方法的步骤。
[0033]通过上述方案，本申请提供的机器人轨迹规划方法的有益效果在于：
[0034]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人轨迹规划方法，其特征在于，包括：确定伴随函数，所述伴随函数以轨迹参数为自变量，所述伴随函数在其起点处和终点处的一阶导数和二阶导数均为0；根据位置前条轨迹、位置后条轨迹以及所述伴随函数规划位置平滑轨迹；所述位置平滑轨迹的起点与所述位置前条轨迹中的一个路径点重合，所述位置平滑轨迹的终点与所述位置后条轨迹中的一个路径点重合；根据姿态前条轨迹、姿态后条轨迹以及所述伴随函数规划姿态平滑轨迹；所述姿态平滑轨迹的起点与所述姿态前条轨迹中的一个路径点重合，所述姿态平滑轨迹的终点与所述姿态后条轨迹中的一个路径点重合。2.根据权利要求1所述的机器人轨迹规划方法，其特征在于，所述根据位置前条轨迹、位置后条轨迹以及所述伴随函数规划位置平滑轨迹的过程包括：根据第一关系式得到所述位置平滑轨迹；其中，所述第一关系式为s为所述轨迹参数，r(s)为所述位置平滑轨迹，p(s)为所述伴随函数，所述位置前条轨迹的终点和所述位置后条轨迹的起点相交于平滑球体的球心，为位于所述平滑球体内的所述位置前条轨迹，为位于所述平滑球体内的所述位置后条轨迹。3.根据权利要求1所述的机器人轨迹规划方法，其特征在于，所述根据姿态前条轨迹、姿态后条轨迹以及所述伴随函数规划姿态平滑轨迹的过程包括：根据第二关系式得到所述姿态平滑轨迹；其中，所述第二关系式为根据第二关系式得到所述姿态平滑轨迹；其中，所述第二关系式为根据第二关系式得到所述姿态平滑轨迹；其中，所述第二关系式为为所述姿态平滑轨迹，p(s)为所述伴随函数，所述姿态前条轨迹的终点和所述姿态后条轨迹的起点相交于平滑球体的球心，为位于所述平滑球体内的所述姿态前条轨迹，为位于所述平滑球体内的所述姿态后条轨迹，θ为夹角。4.根据权利要求1至3任意一项所述的机器人轨迹规划方法，其特征在于，所述伴随函数在其起点处的值为0，所述伴随函数在其终点处的值为1。5.根据权利要求4所述的机器人轨迹规划方法，其特征在于，所述伴随函数为p(s)＝10s3‑
15s4+6s5。6.一种平滑轨迹规划系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志明，
申请(专利权)人：配天机器人技术有限公司，
类型：发明
国别省市：