本申请涉及一种机器人运动轨迹确定方法、装置、设备、介质和产品，根据已确定的位置路点和姿态路点，创建包含位置路点和姿态路点的位置样条路径和姿态样条路径，并分别对位置样条路径和姿态样条路径进行离散化采样，获得相应的采样点序列，以通过位置样条路径和姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，获得位置样条路径和姿态样条路径的路径参数与时间的关系式，并根据位置样条路径和姿态样条路径的路径参数与时间的关系式，获得机器人的位置和姿态的规划轨迹，能够实时获得位置样条路径和姿态样条路径的路径参数，从而得到机器人的位置和姿态的规划轨迹，实现对机器人轨迹的动态规划。实现对机器人轨迹的动态规划。实现对机器人轨迹的动态规划。
【技术实现步骤摘要】
机器人运动轨迹确定方法、装置、设备、介质和产品
[0001]本申请涉及机器人样条轨迹规划
，特别是涉及一种机器人运动轨迹确定方法、装置、设备、介质和产品。
技术介绍
[0002]轨迹规划作为工业机器人的核心技术，其规划效果的好坏直接决定了机器人的运行性能。工业应用中对于机器人运动轨迹的技术要求包括：加加速度级别的约束、时间最优、几何路径光滑、多段不同运行速度衔接、末端位置和姿态的同步、实时在线求解等。
[0003]传统方法中，通常只会对机器人的直线、圆弧等运动进行控制，对于机器人的自由样条轨迹规划无法提供有效指令，比如机器人在高曲率处速度需要降低，在低曲率处则可高速通过。并且，机器人在运行至预先输入的样条路点时，需要保证位置和姿态的同步到达。
[0004]然而，由于自由样条的规划难度大于直线和圆弧等几何路径的规划难度，因此，亟需一种能够对机器人样条轨迹进行动态规划的方法。
技术实现思路
[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够对机器人样条轨迹进行动态规划的机器人运动轨迹确定方法、装置、设备、介质和产品。
[0006]第一方面，本申请提供了一种机器人运动轨迹确定方法，该方法包括：
[0007]根据已确定的位置路点和姿态路点，创建包含位置路点和姿态路点的位置样条路径和姿态样条路径；
[0008]分别对位置样条路径和姿态样条路径进行离散化采样，获得相应的采样点序列；
[0009]以通过位置样条路径和姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，获得位置样条路径和姿态样条路径的路径参数与时间的关系式；
[0010]根据位置样条路径和姿态样条路径的路径参数与时间的关系式，获得机器人的位置和姿态的规划轨迹。
[0011]在其中一个实施例中，以通过位置样条路径和姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，获得位置样条路径和姿态样条路径的路径参数与时间的关系式的步骤包括：
[0012]基于路径参数构建位置样条路径和姿态样条路径对应的时间成本函数；
[0013]以通过位置样条路径和姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，对时间成本函数进行目标求解，得到位置样条路径和姿态样条路径的路径参数与时间的关系式。
[0014]在其中一个实施例中，以通过位置样条路径和姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，确定位置样条路径和姿态样条路径的路径参数与时间的关系式的步骤包括：
[0015]按照滑动步长，在采样点序列上进行窗口滑动，获得每次窗口滑动后窗口在采样点序列上所截取的分段；
[0016]针对各分段，以通过对应分段的位置样条路径和姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，确定对应分段的路径参数与时间的关系式；
[0017]根据所有的分段的路径参数与时间的关系式，确定位置样条路径和姿态样条路径的路径参数与时间的关系式。
[0018]在其中一个实施例中，各分段包括至少一个路径段；各路径段是由两个采样点组成的；确定对应分段的路径参数与时间的关系式的步骤包括：
[0019]在当前分段不为末尾分段的情况下，针对当前分段中的首个路径段，以通过首个路径段的位置样条路径和姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，确定首个路径段的路径参数与时间的关系式；
[0020]将首个路径段所对应的路径参数与时间的关系式作为当前分段的路径参数与时间的关系式。
[0021]在其中一个实施例中，位置约束条件包括线速度约束条件、线加速度约束条件和线加加速度约束条件，姿态约束条件包括角速度约束条件、角加速度约束条件和角加加速度约束条件；以通过位置样条路径和姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，对时间成本函数进行目标求解，得到位置样条路径和姿态样条路径的路径参数与时间的关系式，包括：
[0022]以通过位置样条路径和姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的线速度约束条件、线加速度约束条件、角速度约束条件和角加速度约束条件，对时间成本函数进行线性规划求解，得到初始线性规划求解结果；
[0023]基于初始线性规划求解结果，分别对线加加速度约束条件和角加加速度约束条件进行调整；
[0024]以通过位置样条路径和姿态样条路径的时间最短为目标，以调整后的线加加速度约束条件和角加加速度约束条件，对时间成本函数进行线性规划求解，得到目标线性规划求解结果；
[0025]根据目标线性规划求解结果获得位置样条路径和姿态样条路径的路径参数与时间的关系式。
[0026]在其中一个实施例中，位置和姿态的规划轨迹是分别基于位置样条路径和姿态样条路径的表达式所计算得到的；位置样条路径和姿态样条路径的表达式分别为：
[0027][0028]其中，p
i
和o
i
分别为位置控制点和姿态控制点，B
i
(u)为B样条基函数，u为位置样条路径和姿态样条路径的路径参数；
[0029]位置样条路径和姿态样条路径对应的时间成本函数的表达式为：
[0030][0031]其中，q(u)采用B样条描述的表达式为：
[0032][0033]其中，N(u)为三次B样条基函数；a为待求解的B样条控制点参数；
[0034]位置约束条件包括：
[0035][0036]其中，p'，p”，p”'为位置样条路径对于路径参数u的各阶导数；
[0037]姿态约束条件包括：
[0038][0039]其中，o'，o”，o”'为姿态样条路径对于路径参数u的各阶导数；
[0040]在当前控制周期为第k+1个控制周期的情况下，u与时间的关系式为：
[0041][0042]其中，u
k
表示当前控制周期的路径参数，当前控制周期表示当前分段中采样点对应的控制周期，u
k+1
表示下一控制周期的路径参数，Δt表示当前控制周期的时长，q(u
k
)和q'(u
k
)为时间成本函数的泰勒展开表达式。
[0043]第二方面，本申请还提供了一种机器人运动轨迹确定装置，该装置包括：
[0044]创建模块，用于根据已确定的位置路点和姿态路点，创建包含位置路点和姿态路点的位置样条路径和姿态样条路径；
[0045]采样模块，用于分别对位置样条路径和姿态样条路径进行离散化采样，获得相应的采样点序列；
[0046]获取模块，用于以通过位置样条路径和姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，获得位置样条路径和姿态样条路径的路径参数与时间的关系式；
[0047]轨迹模块，用于根据位置样条路径和姿态样条路径的路径参数与时间的关系式，获得机器人的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种机器人运动轨迹确定方法，其特征在于，所述方法包括：根据已确定的位置路点和姿态路点，创建包含所述位置路点和所述姿态路点的位置样条路径和姿态样条路径；分别对所述位置样条路径和所述姿态样条路径进行离散化采样，获得相应的采样点序列；以通过所述位置样条路径和所述姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，获得所述位置样条路径和所述姿态样条路径的路径参数与时间的关系式；根据所述位置样条路径和所述姿态样条路径的路径参数与时间的关系式，获得机器人的位置和姿态的规划轨迹。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以通过所述位置样条路径和所述姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，获得所述位置样条路径和所述姿态样条路径的路径参数与时间的关系式，包括：基于所述路径参数构建所述位置样条路径和所述姿态样条路径对应的时间成本函数；以通过所述位置样条路径和所述姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，对所述时间成本函数进行目标求解，得到所述位置样条路径和所述姿态样条路径的路径参数与时间的关系式。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以通过所述位置样条路径和所述姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，确定所述位置样条路径和所述姿态样条路径的路径参数与时间的关系式，包括：按照滑动步长，在所述采样点序列上进行窗口滑动，获得每次窗口滑动后窗口在所述采样点序列上所截取的分段；针对各所述分段，以通过对应分段的位置样条路径和所述姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，确定对应分段的路径参数与时间的关系式；根据所有的所述分段的路径参数与时间的关系式，确定所述位置样条路径和所述姿态样条路径的路径参数与时间的关系式。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，各所述分段包括至少一个路径段；各所述路径段是由两个采样点组成的；所述确定对应分段的路径参数与时间的关系式，包括：在当前分段不为末尾分段的情况下，针对当前分段中的首个路径段，以通过所述首个路径段的位置样条路径和所述姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，确定所述首个路径段的路径参数与时间的关系式；将所述首个路径段所对应的路径参数与时间的关系式作为所述当前分段的路径参数与时间的关系式。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述位置约束条件包括线速度约束条件、线加速度约束条件和线加加速度约束条件，所述姿态约束条件包括角速度约束条件、角加速度约束条件和角加加速度约束条件；所述以通过所述位置样条路径和所述姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的位置约束条件和姿态约束条件为约束，对所述时间成本函数进行目标求解，得到所述位置样条路径和所述姿态样条路径的路径参数与时间的关系式，
包括：以通过所述位置样条路径和所述姿态样条路径的时间最短为目标，以给定的线速度约束条件、线加速度约束条件、角速度约束条件和角加速度约束条件，对所述时间成本函数进行线性规...
【专利技术属性】
技术研发人员：马亚坤，
申请(专利权)人：非夕科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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