【技术实现步骤摘要】
一种工业机器人连续姿态路径光顺方法及系统
[0001]本专利技术属于机器人路径规划领域,具体涉及一种工业机器人连续姿态路径光顺方法及系统。
技术介绍
[0002]在工业机器人路径规划领域,用于控制机器人终端实际转动的命令是通过对机器人终端给定的运动姿态信息插补得到。由于给定的运动姿态信息为离散数据点,对其直接线性插补会导致在每一个姿态处的曲率不连续,尤其是在姿态变化特别频繁时,造成机器人在每一个姿态处频繁加减速。为了解决机器人在姿态转接时的频繁加减速问题,提高机器人终端的转动速度,需要对姿态路径进行转接过渡处理。采用高阶连续曲线光顺转接处的姿态可以保证光顺后的姿态路径满足角加速度连续。然而,对于姿态变化比较频繁的工况,如何减小转接处所需要的角位移成为了姿态路径光顺亟需解决的问题。
[0003]文献1“Pu Y,Shi Y,Lin X,et al.C2
‑
Continuous Orientation Planning for Robot End
‑
Effector with B
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Spline Curve Based on Logarithmic Quaternion[J].Mathematical Problems in Engineering,2020.”公开了一种基于对数四元数的高效姿态四元数插值方法。该方法把旋转空间S3中的姿态四元数转化为三维空间R3中的点,维度降阶后采用B样条曲线进行姿态光顺,B样条曲线的C2连续性保证了光顺后姿态路径的C2连续, ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种工业机器人G3连续姿态路径光顺方法,其特征在于,包括以下步骤:读取工业机器人的姿态路径代码,得到一系列姿态向量;把姿态向量转化为单位四元数;依次选取工业机器人的三个相邻姿态,得到余留姿态路径段和转接姿态路径段;采用七次埃尔米特样条曲线对转接姿态路径段的姿态进行光顺和插补;采用五次多项式对余留姿态路径段的姿态进行插补;对转接姿态路径段插补后的姿态和余留姿态路径段插补后的姿态进行拼接,并把四元数形式的姿态转化为姿态欧拉角,得到工业机器人连续的姿态光顺路径。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述姿态向量为P
i
(x
i
,y
i
,z
i
),其中i=1,2,3
…
,N,x
i
、y
i
、z
i
分别是第i个姿态在x轴、y轴和z轴上的分量,N是姿态路径代码中给定的姿态个数;所述把姿态向量转化为单位四元数,包括:计算单位四元数中的转角:计算单位四元数的转轴向量:n
i
=(x
i
/θ
i
,y
i
/θ
i
,z
i
/θ
i
);根据单位四元数的转角和转轴向量建立姿态向量的单位四元数Q
i
:Q
i
=[cos(θ
i
/2)sin(θ
i
/2)
·
n
i
]。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述姿态向量为P
i
(x
i
,yi,z
i
),其中i=1,2,3
…
,N,x
i
、y
i
、z
i
分别是第i个姿态在x轴、y轴和z轴上的分量,N是姿态路径代码中给定的姿态个数;所述依次选取工业机器人的三个相邻姿态,得到余留姿态路径段和转接姿态路径段,包括:根据机器人过渡精度需求确定转接比例系数ε;对从第一个姿态开始的三个相邻姿态四元数Q1、Q2和Q3,计算四元数Q1和Q2之间的角位移θ1、Q2和Q3之间的角位移θ2;取角位移θ1和θ2中的较小值乘以转接比例系数ε,得到姿态四元数Q2处的转接路径段Θ
s1
;根据姿态四元数Q1和转接姿态路径段的起点,构成第一段余留姿态路径段Θ
r1
;并对第一段余留姿态路径段Θ
r1
进行插补;对从第二个姿态至倒数第二个姿态结束的三个相邻姿态四元数Q
i
‑1、Q
i
和Q
i+1
,i=3,4
…
,N
‑
2,计算姿态四元数Q
i
‑1和Q
i
之间的角位移θ
i
‑1、姿态四元数Q
i
和Q
i+1
之间的角位移θ
i
,取角位移θ
i
‑1和θ
i
两者之间较小值乘以转接比例系数得到转接路径段的角位移Θ
s,i
‑1;取角位移Θ
s,i
‑1和Θ
s,i
‑2中的较小值作为姿态四元数Q
i
处的转接路径段Θ
s,i
‑1,根据姿态四元数Q
i
‑1和转接姿态路径段起点构成第i
‑
1段余留姿态路径段Θ
r,i
‑1;并对第i
‑
1段余留姿态路径段Θ
r,i
‑1进行插补;对从倒数第三个姿态开始的三个相邻姿态四元数Q
N
‑2、Q
N
‑1和Q
N
,计算姿态四元数Q
N
‑2和Q
N
‑1之间的角位移θ
N
‑2、姿态四元数Q
N
‑1和Q
N
之间的角位移θ
N
‑1,取角位移θ
N
‑2和θ
N
‑1两者之间较小值乘以转接比例系数得到姿态四元数Q
N
‑1处的转接路径段Θ
s,N
‑2,根据姿态四元数Q
N
‑2和转接姿态路径段起点构成第N
‑
2段余留姿态路径段Θ
r,N
‑2,根据姿态四元数Q
N
和转接姿态路径段起点构成第N
‑
1段余留姿态路径段Θ
r,N
‑1;并对Θ
r,N
‑2和Θ
r,N
‑1进行插补。4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述采用七次埃尔米特样条曲线对转接姿
态路径段的姿态进行光顺和插补,包括:由转接路径段的角位移Θ
s,i
‑2得到姿态四元数Q
i
转接时的姿态起点Q
i,s
和终点Q
i,e
;对姿态起点Q
i,s
、姿态四元数Q
i
和姿态终点Q
i,e
采用七次埃尔米特样条曲线光顺,包括:计算七次埃尔米特样条曲线的控制点,建立伯恩斯坦多项式,根据控制点和伯恩斯坦多项式得到七次埃尔米特样条曲线方程;通过单位化七次埃尔米特样条曲线方程得到转接姿态路径段的插补姿态。5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述采用五次多项式对余留姿态路径段的姿态进行插补,包括:计算姿态四元数Q
i
‑1和姿态起点Q
i,s
的转轴向量Q
m
:Q
m
=Q
i
‑1‑1Q
i,s
;采用五次多项式对转轴向量Q
m
进行插补:Q
tm
=Q
i
‑1·
(Q
m
)
f(Θ)
;其中f(Θ)=6Θ5‑
技术研发人员:王立平,杨洪丽,何敏佳,李伟涛,关立文,王衎,
申请(专利权)人:广州数控设备有限公司,
类型:发明
国别省市:
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