机器人运动轨迹确定方法、装置、计算机设备和存储介质制造方法及图纸

本申请涉及一种机器人运动轨迹确定方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。所述方法包括：获取给定的关节位置路点，在当前关节位置路点和上一关节位置路点间确定第一过渡路点，在当前关节位置路点和下一关节位置路点间确定第二过渡路点；根据给定的关节位置路点、第一过渡路点和第二过渡路点，创建关节位置样条路径；以通过关节位置样条路径的时间最短为目标，以关节空间约束条件和笛卡尔空间约束条件为约束，获得关节位置样条路径的路径参数与时间的关系式；根据关节位置样条路径的路径参数与时间的关系式，获得机器人的关节位置轨迹规划。采用本方法能够提高机器人的运行效率。行效率。行效率。

【技术实现步骤摘要】
机器人运动轨迹确定方法、装置、计算机设备和存储介质


[0001]本申请涉及机器人控制
，特别是涉及一种机器人运动轨迹确定方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。

技术介绍

[0002]机器人关节空间运动轨迹规划具备能够考虑机器人自身的结构干涉、避免与外部的碰撞、运动无奇异点等优点。因此关节空间运动轨迹规划是机器人必须具备的一项功能。
[0003]传统的梯形规划或S曲线规划一般只能对单自由度系统进行轨迹生成，且只能考虑到运动学约束，对于更高自由度的机器人系统以及如扭矩类的动力学约束尚无法求解，同时，传统的机器人运动轨迹确定方法，在经过关节路点处机器人运动不平滑，存在机器人运行效率低的问题。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对现有的机器人运动轨迹确定方法存在机器人运行效率低的问题，提供一种机器人运动轨迹确定方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，能够提高机器人运动轨迹的确定效率。
[0005]第一方面，本申请提供了一种机器人运动轨迹确定方法。所述方法包括：
[0006]获取给定的关节位置路点，给定的关节位置路点包括当前关节位置路点、上一关节位置路点以及下一关节位置路点；
[0007]在当前关节位置路点和上一关节位置路点间确定第一过渡路点，在当前关节位置路点和下一关节位置路点间确定第二过渡路点；
[0008]根据给定的关节位置路点、第一过渡路点和第二过渡路点，创建关节位置样条路径；其中，在第一过渡路点处，上一关节位置路点和第一过渡路点间的关节路径与关节位置样条路径相切；在第二过渡路点处，第二过渡路点和下一关节位置路点间的关节路径与关节位置样条路径相切；
[0009]以通过关节位置样条路径的时间最短为目标，以关节空间约束条件和笛卡尔空间约束条件为约束，获得关节位置样条路径的路径参数与时间的关系式；
[0010]根据关节位置样条路径的路径参数与时间的关系式，获得机器人的关节位置轨迹规划。
[0011]在其中一个实施例中，根据给定的关节位置路点、第一过渡路点和第二过渡路点，创建关节位置样条路径，包括：
[0012]确定关节路径在第一过渡路点处的第一切向单位向量，以及关节路径在第二过渡路点处的第二切向单位向量；
[0013]基于样条基函数、第一切向单位向量和第二切向单位向量，确定第一过渡路点与第二过渡路点间的拟合曲线，将拟合曲线作为关节位置样条路径，其中，样条基函数为三次样条函数。
[0014]在其中一个实施例中，以通过关节位置样条路径的时间最短为目标，以关节空间约束条件和笛卡尔空间约束条件为约束，获得关节位置样条路径的路径参数与时间的关系式，包括：
[0015]基于路径参数，构建关节位置样条路径对应的时间成本函数；
[0016]以通过关节位置样条路径的时间最短为目标，以关节空间约束条件和笛卡尔空间约束条件为约束，对时间成本函数进行目标求解，获得关节位置样条路径的路径参数与时间的关系式。
[0017]在其中一个实施例中，关节空间约束条件包括关节速度约束条件、关节加速度约束条件、关节加加速度约束条件、关节力矩约束条件、关节速度连续性约束和关节加速度连续性约束；笛卡尔空间约束条件包括笛卡尔线速度约束条件、笛卡尔线加速度约束条件、笛卡尔角速度约束条件和笛卡尔角加速度约束条件；
[0018]以通过关节位置样条路径的时间最短为目标，以关节空间约束条件和笛卡尔空间约束条件为约束，对时间成本函数进行目标求解，获得关节位置样条路径的路径参数与时间的关系式，包括：
[0019]以通过关节位置样条路径的时间最短为目标，以关节速度约束条件、关节加速度约束条件、关节力矩约束条件、关节速度连续性约束、关节加速度连续性约束以及笛卡尔空间约束条件为约束，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；
[0020]基于初始线性规划求解结果，对关节加加速度约束条件进行调整；
[0021]以通过关节位置样条路径的时间最短为目标，以调整后的关节加加速度约束条件为约束，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；
[0022]根据目标线性规划求解结果，获得关节位置样条路径的路径参数与时间的关系式。
[0023]在其中一个实施例中，关节位置轨迹规划是基于关节位置样条路径的表达式所计算得到的；关节位置样条路径的表达式为：
[0024]h
00
(u)＝(6u2+3u+1)(1
‑
u)3[0025]h
10
(u)＝(3u2+u)(1
‑
u)3[0026]h
01
(u)＝u3(6u2‑
15u+10)
[0027]h
11
(u)＝u3(
‑
3u2+7u
‑
4)
[0028]其中，u为关节位置样条路径的路径参数；
[0029]关节位置样条路径对应的时间成本函数的表达式为：
[0030][0031]其中，且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]关节空间约束条件包括：
[0035]关节速度约束条件：
[0036]关节加速度约束条件：
[0037]关节加加速度约束条件：
[0038]关节力矩约束条件：
[0039]关节速度连续性约束：p
′
i
‑1(1)q
i
‑1(1)＝p
′
i
(0)q
i
(0)
[0040]关节加速度连续性约束：
[0041][0042]其中，p
′
，p
″
，p
″′
为所述关节位置样条路径对于路径参数u的各阶导数，A(q)为机器人质量矩阵，B(q)和C(q)为科氏力和离心力矩阵；
[0043]笛卡尔空间约束条件包括：
[0044]笛卡尔线速度约束条件：ν
max
≥(J
′
)
T
S
v
(J
′
p
′
)q
[0045]笛卡尔角速度约束条件：ω
max
≥(J
′
)
T
S
ω
(Jp
′
)q
[0046]笛卡尔线加速度约束条件：
[0047]笛卡尔角加加速度约束条件：
[0048]其中，J
l
和J
o
分别为3*n线性雅可比和3*n旋转雅可比；
[0049]根据目标线性规划求解结果，获得关节位置样条路径的路径参数与时间的关系式，包括：
[0050]利用q(u)的泰勒展开得到第k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：获取给定的关节位置路点，所述给定的关节位置路点包括当前关节位置路点、上一关节位置路点以及下一关节位置路点；在所述当前关节位置路点和所述上一关节位置路点间确定第一过渡路点，在所述当前关节位置路点和所述下一关节位置路点间确定第二过渡路点；根据所述给定的关节位置路点、所述第一过渡路点和所述第二过渡路点，创建关节位置样条路径；其中，在所述第一过渡路点处，所述上一关节位置路点和所述第一过渡路点间的关节路径与所述关节位置样条路径相切；在所述第二过渡路点处，所述第二过渡路点和所述下一关节位置路点间的关节路径与所述关节位置样条路径相切；以通过所述关节位置样条路径的时间最短为目标，以关节空间约束条件和笛卡尔空间约束条件为约束，获得所述关节位置样条路径的路径参数与时间的关系式；根据所述关节位置样条路径的路径参数与时间的关系式，获得机器人的关节位置轨迹规划。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述给定的关节位置路点、所述第一过渡路点和所述第二过渡路点，创建关节位置样条路径，包括：确定所述关节路径在所述第一过渡路点处的第一切向单位向量，以及所述关节路径在所述第二过渡路点处的第二切向单位向量；基于样条基函数、所述第一切向单位向量和所述第二切向单位向量，确定所述第一过渡路点与所述第二过渡路点间的拟合曲线，将所述拟合曲线作为关节位置样条路径，其中，所述样条基函数为三次样条函数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以通过所述关节位置样条路径的时间最短为目标，以关节空间约束条件和笛卡尔空间约束条件为约束，获得所述关节位置样条路径的路径参数与时间的关系式，包括：基于路径参数，构建所述关节位置样条路径对应的时间成本函数；以通过所述关节位置样条路径的时间最短为目标，以关节空间约束条件和笛卡尔空间约束条件为约束，对所述时间成本函数进行目标求解，获得所述关节位置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，所述关节空间约束条件包括关节速度约束条件、关节加速度约束条件、关节加加速度约束条件、关节力矩约束条件、关节速度连续性约束和关节加速度连续性约束；所述笛卡尔空间约束条件包括笛卡尔线速度约束条件、笛卡尔线加速度约束条件、笛卡尔角速度约束条件和笛卡尔角加速度约束条件；所述以通过所述关节位置样条路径的时间最短为目标，以关节空间约束条件和笛卡尔空间约束条件为约束，对所述时间成本函数进行目标求解，获得所述关节位置样条路径的路径参数与时间的关系式，包括：以通过所述关节位置样条路径的时间最短为目标，以所述关节速度约束条件、所述关节加速度约束条件、所述关节力矩约束条件、所述关节速度连续性约束、所述关节加速度连续性约束以及所述笛卡尔空间约束条件为约束，对所述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；基于所述初始线性规划求解结果，对所述关节加加速度约束条件进行调整；
以通过所述关节位置样条路径的时间最短为目标，以调整后的关节加加速度约束条件为约束，对所述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；根据所述目标线性规划求解结果，获得所述关节位置样条路径的路径参数与时间的关系式。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述关节位置轨迹规划是基于所述关节位置样条路径的表达式所计算得到的；所述关节位置样条路径的表达式为：h
00
(u)＝(6u2+3u+1)(1
‑
u)3h
10
(u)＝(3u2+u)(1
‑
u)3h
01
(u)＝u3(6u2‑
15u+10)h
11
(u)＝u3(
‑
3u2+7u
‑
4)其中，u为所述关节位置样条路径的路径参数；所述关节位置样条路径对应的时间成本函数的表达式为：∫
01
q(u)du其中，且q(u)采用B样条描述的表达式为：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；所述关节空间约束条件包括：关节速度约束条件：关节加速度约束条件：关节加加速度约束条件：关节力矩约束条件：关节速度连续性约束：p
′
i
‑1(1)q
i
‑1(1)＝p
′
i
(0)q
i
(0)关节加速度连续性约束：其中，p
′
，p
″
，p
″′
为所述关节位置样条路径对于路径参数u的各阶导数，A(q)为机器人质量矩阵，B(q)和C(q)为科氏力和离心力矩阵；所述笛卡尔空间约束条件包括：笛卡尔线速...

【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
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