【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人运动控制，具体为一种基于rbf和五次样条插值拼接的机器人多姿态插补算法。
技术介绍
1、轨迹规划是机器人运动控制的基础，平滑、精准的轨迹对于保证机器人工作效率和稳定性具有重要影响。机器人在工作空间——笛卡尔空间中的轨迹可以直观的描述机器人的实时规划动态，便于示教和观察。因此在机器人日常工艺中，轨迹通常在笛卡尔空间中规划。在笛卡尔空间轨迹包含位置和姿态，通常位置和姿态插补是独立进行的。位置插补较为简单，而姿态由于是在so(3)中指定的，规划光滑连贯的轨迹尤为困难。尤其在多姿态插补中，存在中间点速度、加速度不连续，启停跳变等问题。这些问题可能导致机器人产生振动，尤其焊接和喷涂等应用中，可能会引起碰撞或干涉现象。因此，为提升机器人应用可靠性，亟需一种角速度、角加速度连续的姿态插补方法。
2、《多姿态插补协作机械臂轨迹规划方法、装置、设备和介质》(公开号：cn117733856a)使用squad方法进行多姿态插值，该方法无法保证中间点姿态的二阶连续，且初始与终止时刻的角速度、角加速度不为0，导致机器人启停时刻振动；《一种工业机器人连续姿态路径光顺方法及系统》(公开号：cn 115958597a)提出了一种利用高阶连续曲线光顺中间点姿态的方式，实现了速度、加速度连续性，但在给定时刻到达轨迹中间点姿态，无法满足过中间点姿态需求的轨迹，比如过中间点的圆弧轨迹。《smooth orientationinterpolation using parametric quintic-polynomial-based qu
3、综上所述，现有姿态插补方法存在以下问题：
4、一是：首末速度、加速度突变；传统姿态插补中首尾速度、加速度突变，无法从0开始加速或平滑减速到0。现实中，电机难以如此巨大的速度、加速度起步或突然转入过大的减速度。
5、二是：无法在给定时刻精准到达中间点姿态；部分姿态插补方法为提升轨迹的连续性，选择以光顺的方式通过中间点姿态。但这样影响了任务执行精度，实际运行的轨迹可能与示教路径有较大偏差。对于存在障碍规避或工艺动作特性的曲线，这类处理方法无法保有轨迹的特性，甚至可能有碰撞的风险。
6、三是：加速度波动范围大；使用多项式特别五阶及更高阶次的插补方法能够克服上述困难，但高次多项式插值时，在被插值的两点之间，大概率会出现一个波峰和一个波谷，导致了加速度频繁波动，最终导致机器人运动抖动。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于rbf和五次样条插值拼接的机器人多姿态插补算法。在首末两个阶段使用了五次样条插补，保证机器人从静止状态起步，临近终点状态时平稳停止，建立了严格的时间-姿态同步曲线，确保机器人总是在给定的时间通过对应姿态节点，使用rbf函数对姿态曲线的中间段进行插补，能够有效平滑加速度曲线的中间段，不会出现太多的波峰和波谷。
2、本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
3、一种基于rbf和五次样条插值拼接的机器人多姿态插补算法，包括以下步骤：
4、步骤1、将机器人在t0,tq...tn时刻的姿态信息转换成四元数形式，记为q0,q1...qn，n代表姿态个数；
5、步骤2、将步骤1中的q0,q1...qn转换成指数形式：
6、
7、并对上式两边取对数
8、步骤3、利用步骤2中的pi，基于rbf进行插补计算，对于n个姿态点，可得到以下方程组：
9、
10、整理可得线性方程：
11、
12、其中，记φ表示的阶n×n矩阵，c和d表示系数向量和输出向量，上式整理为φ＝cd，则系数向量可由下式求得：
13、c＝φ-1d；
14、步骤4、由步骤3得到rbf插补曲线qrbf，对qrbf差分两次，分别得到角速度曲线ωrbf与角加速度曲线αrbf；
15、步骤5、基于步骤3和步骤4得到的qrbf、ωrbf以及αrbf在起始点与终止点附近找出最佳拼接点qj0与qj1；
16、步骤6、分别计算q0与qj0的旋转变换以及qj1与qn的旋转变换计算公式如下：
17、
18、其中，
19、步骤7、基于步骤5获得拼接点出的角速度、角加速度计算处的一阶导数与二阶导数以及处的一阶导数与二阶导数
20、步骤8、已知起始时刻旋转变换、角速度、角加速度为0，处的一阶导数与二阶导数利用五次样条构建首段曲线qspline0；
21、步骤9、已知停止时刻旋转变换、角速度、角加速度为0，处的一阶导数与二阶导数利用五次样条构建尾段曲线qspline1；
22、步骤10、切除步骤3获得的qrbf首尾部，并将步骤8获得的首段曲线qspline0和步骤9获得的尾段曲线qspline1拼接到步骤3获得的qrbf首尾部上，得到最终轨迹qmix。
23、作为本专利技术的进一步改进，步骤5中最佳拼接点qj0与qj1需满足以下条件：
24、第一、加加速度小于用户设置的阈值ε；
25、第二、拼接处的曲线只有一个波峰或波谷。
26、本专利技术的有益效果是：
27、平滑的起停过渡：
28、本专利技术通过在姿态曲线的起始和结束阶段采用五次样条插补，实现角速度和角加速度的平滑过渡。避免了角速度和角加速度的突变，确保了机器人在姿态变化过程中的平稳性。
29、减少加速度抖动：
30、本专利技术在运动曲线的中间阶段，采用rbf插补方法，以进一步提高运动的平滑性。rbf插补不仅满足了机器人运动过程中对平滑性的要求，而且显著减少了加速度的抖动幅度。
31、时间与姿态的同步控制：
32、本专利技术设计的姿态曲线能够确保机器人在预定的时间点通过特定的姿态节点。这种同步控制策略保证了机器人末端执行器的轨迹位姿与时间的同步性，从而提高了机器人运动的准确性和可靠性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于RBF和五次样条插值拼接的机器人多姿态插补算法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于RBF和五次样条插值拼接的机器人多姿态插补算法，其特征在于：步骤5中最佳拼接点qj0与qj1需满足以下条件：
3.根据权利要求1所述的一种基于RBF和五次样条插值拼接的机器人多姿态插补算法，其特征在于：所述步骤6的计算公式如下：
【技术特征摘要】
1.一种基于rbf和五次样条插值拼接的机器人多姿态插补算法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于rbf和五次样条插值拼接的机器人多姿态插补算法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙丰磊，易廷昊，梁兆东，毛大超，李耀东，文琛万，窦锦志，
申请(专利权)人：埃夫特智能装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。