一种基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法及系统包括，基于移动机器人的初始运行参数，获取目标插补基础数组，构建空间坐标系；预设目标位置参数，获取移动机器人实时位置参数；根据预设参数以及实时位置参数规划速度曲线；利用速度曲线结合基础数组得到插补输出速度，控制机器人运行。本发明专利技术用于机器人速度曲线规划，能实现接近其段速度曲线的平滑程度，而只需要远小于七段速度曲线的计算量。可以较小计算量的情况下，实现较好的速度平滑特性。可以提高机器人运动的平滑性，快捷又稳定。快捷又稳定。快捷又稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及平滑速度规划
，尤其涉及一种基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法及系统。

技术介绍

[0002]随着全球技术及时代的飞速发展，智能移动机器人的应用领域的日益扩大，移动机器人在诸多生活领域发挥着越来越重要的作用，人们期望智能移动机器人能在更多的领域为人类服务，代替人类完成更多更复杂的工作。为了实现生产更可靠、更熟练的机器人的有效方法，以及解决不同领域的问题和优化现有解决方案，在提高机器人的任务性能方面，机器人导航是移动机器人领域的重要课题。机器人速度规划是帮助机器人在环境中平稳运行的核心任务之一，在过去几十年中受到了广泛关注。机器人的速度规划技术，其本质是如何使机器人能快速平稳的运行。
[0003]目前在机器人运动速度规划领域，常用的方式有两种：一是梯形速度规划，二是S型速度规划(七段速度曲线)。其中梯形速度曲线在应用时相对较简单，计算量较小，对控制器的计算处理能力相对较低，比较适合简单入门级的机器人使用；七段速度曲线相对于梯形速度曲线，在机器人的运动控制上会更平滑，尤其是在初始的加速和减速末端阶段，能使得机器人运行更稳定，减少机械冲击提高机器人寿命，不过七段速度曲线相对来说算法难度相对较大，对控制器的算力要求较高，主要运用于运行速度较高的机器人。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术提供了一种基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法，能够解决
技术介绍
中提到的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案，一种基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法，包括：
[0008]基于移动机器人的初始运行参数，获取目标插补基础数组，构建空间坐标系；
[0009]预设目标位置参数，获取移动机器人实时位置参数；
[0010]根据预设参数以及实时位置参数规划速度曲线；
[0011]利用所述速度曲线结合所述基础数组得到插补输出速度，控制机器人运行。
[0012]作为本专利技术所述的基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法的一种优选方案，其中：所述移动机器人的初始运行参数包括，移动机器人自由度、移动机器人工作范围、移动机器人工作速度、移动机器人工作加速度、移动机器人工作方向、移动机器人工作时间、移动机器人承载能力、移动机器人精度、移动机器人驱动方式以及移动机器人控制方
式；
[0013]所述获取目标插补基础数组包括，对移动机器人最大工作速度及加速度进行插补计算。
[0014]作为本专利技术所述的基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法的一种优选方案，其中：所述构建空间坐标系包括：
[0015]以移动机器人初始位置为原点，以移动机器人所在路面为空间坐标系xoy面，以移动机器人与目标位置的连线且垂直于所述移动机器人所在路面的面作为空间坐标系yoz面，建立空间坐标系。
[0016]所述目标位置参数包括，预设目标位置的坐标参数、预设目标位置的动量参数，所述动量参数包括速度、加速度以及移动方向；
[0017]所述移动机器人实时位置参数包括，移动机器人的坐标参数、移动机器人的动量参数、移动机器人运行空间轨迹、移动机器人运行时间以及移动机器人移动轨迹切线斜率；
[0018]记规划后移动机器人最大速度为V
max
，规划后移动机器人加速度为w0；
[0019]移动机器人加速度由传感器直接获取或由移动机器人运行时坐标变动求解，由坐标求解切向加速度与切向角速度，由切向加速度与切向角速度获取移动机器人加速度。
[0020]作为本专利技术所述的基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法的一种优选方案，其中：所述速度曲线包括，
[0021][0022]其中，t0为控制器对电机的控制周期，t为移动机器人运行时间，V
max
为规划后移动机器人最大速度，w0为规划后移动机器人加速度。
[0023]作为本专利技术所述的基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法的一种优选方案，其中：所述速度曲线还包括，
[0024]加速度曲线为：
[0025][0026]位置曲线为：
[0027][0028]其中，t0为控制器对电机的控制周期，t为移动机器人运行时间，V
max
为规划后移动机器人最大速度，w0为规划后移动机器人加速度。
[0029]作为本专利技术所述的基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法的一种优选方案，其中：所述速度曲线还包括两种运行情况，第一运行情况与第二运行情况，
[0030]所述第一运行情况包括，
[0031]移动机器人全程加速，且在目标位置达到预设目标速度；
[0032]移动机器人先加速到预设目标速度，然后匀速运行；
[0033]移动机器人先加速到最大速度，匀速行驶固定时间后，再减速到预设目标速度；
[0034]移动机器人加速到最大速度，然后减速到预设目标速度；
[0035]移动机器人先加速再减速，且最快速度达不到最大速度时，重新计算出该次规划可到达的最大速度；
[0036]移动机器人一直减速到预设目标速度；
[0037]移动机器人先匀速运行一段距离后，再减速运行至预设目标速度。
[0038]所述第二运行情况包括，
[0039]当移动机器人遇到突发情况，所述突发情况包括移动机器人无法按照规定行驶路线与速度行驶的情况，若移动机器人遇到突发情况后停止运行，则此时移动机器人速度为零，且可通过坐标系获取移动机器人空间坐标位置，并由此位置与预设目标位置参数重新进行剩余路段的平滑速度规划。
[0040]作为本专利技术所述的基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法的一种优选方案，其中：所述第二运行情况还包括，
[0041]若移动机器人遇到突发情况后未停止运行，行驶状态改变脱离目标规划路径时，则获取此时移动机器人实时位置参数，通过此时移动机器人实时位置参数与预设目标位置参数进行剩余路段的平滑速度规划；
[0042]若此时移动机器人速度大于预设目标速度且运行方向与规划运行方向角度小于九十度，则直接规划移动机器人减速至预设目标速度，并运行至预设目标位置；
[0043]若此时移动机器人速度小于预设目标速度且运行方向与规划运行方向角度小于九十度，则直接可规划移动机器人全程加速，且在目标位置达到预设目标速度或移动机器人先加速到预设目标速度，然后匀速运行或移动机器人先加速到最大速度，匀速行驶固定时间后，再减速到预设目标速度；
[0044]若此时移动机器人运行方向与规划运行方向角度大于九十度，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法，其特征在于：包括，基于移动机器人的初始运行参数，获取目标插补基础数组，构建空间坐标系；预设目标位置参数，获取移动机器人实时位置参数；根据预设参数以及实时位置参数规划速度曲线；利用所述速度曲线结合所述基础数组得到插补输出速度，控制机器人运行。2.如权利要求1所述的基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法，其特征在于：所述移动机器人的初始运行参数包括，移动机器人自由度、移动机器人工作范围、移动机器人工作速度、移动机器人工作加速度、移动机器人工作方向、移动机器人工作时间、移动机器人承载能力、移动机器人精度、移动机器人驱动方式以及移动机器人控制方式；所述获取目标插补基础数组包括，对移动机器人最大工作速度及加速度进行插补计算。3.如权利要求2所述的基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法，其特征在于：所述构建空间坐标系包括：以移动机器人初始位置为原点，以移动机器人所在路面为空间坐标系xoy面，以移动机器人与目标位置的连线且垂直于所述移动机器人所在路面的面作为空间坐标系yoz面，建立空间坐标系。所述目标位置参数包括，预设目标位置的坐标参数、预设目标位置的动量参数，所述动量参数包括速度、加速度以及移动方向；所述移动机器人实时位置参数包括，移动机器人的坐标参数、移动机器人的动量参数、移动机器人运行空间轨迹、移动机器人运行时间以及移动机器人移动轨迹切线斜率；记规划后移动机器人最大速度为V
max
，规划后移动机器人加速度为w0；移动机器人加速度由传感器直接获取或由移动机器人运行时坐标变动求解，由坐标求解切向加速度与切向角速度，由切向加速度与切向角速度获取移动机器人加速度。4.如权利要求3所述的基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法，其特征在于：所述速度曲线包括，其中，t0为控制器对电机的控制周期，t为移动机器人运行时间，V
max
为规划后移动机器人最大速度，w0为规划后移动机器人加速度。5.如权利要求4所述的基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法，其特征在于：所述速度曲线还包括，加速度曲线为：位置曲线为：
其中，t0为控制器对电机的控制周期，t为移动机器人运行时间，V
max
为规划后移动机器人最大速度，w0为规划后移动机器人加速度。6.如权利要求5所述的基于余弦函数的移动机器人平滑速度规划方法，其特征在于：所述速度曲线还包括两种运行情况，第一运行情况与第二运行情况，所述第一运行情况包括，移动机器人全程加速，且在目标位置达到预设目标速度；移动机器人先加速到...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟火炎，
申请(专利权)人：苏州盈科电子有限公司，
类型：发明
国别省市：