一种基于曲率约束的工业机器人连续位姿速度规划方法

本发明涉及工业机器人，具体而言，涉及一种基于曲率约束的工业机器人连续位姿速度规划方法。

背景技术：

1、轨迹规划问题本质上探讨的是时间与空间之间的关系，通常表现为以时间为自变量的参数方程，该方程描述了在任意给定时刻与其期望位置之间的关系。在工业机器人控制中，如何进行速度规划以实现高效、平稳运动是至关重要的。现有技术对这方面的研究尚不充分。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种基于曲率约束的工业机器人连续位姿速度规划方法。

2、一种基于曲率约束的工业机器人连续位姿速度规划方法，所述方法包括：

3、利用数值积分和曲率约束确定速度规划参数，所述速度规划参数包括曲线长度、参数拟合方程、减速点和运行速度限制；

4、基于s型速度曲线设计两种速度规划方法，对轨迹曲线分段，并在每段曲线上根据设定的始末速度和加速度和上述的两种速度规划方法，完成连续位姿速度规划。

5、可选地，对b样条曲线进行积分算出所述曲线长度：

6、采用复合辛普森公式来计算曲线长度的积分，表达式如下：

7、

8、其中，f(x)是被积函数，a和b分别是积分区间的左右端点，h＝(b-a)/n，n是划分的区间数，xi＝a+i·h。

9、可选地，所述参数拟合方程通过下述方式确定：

10、使用三次hermite多项式构造基于曲线长度的曲线参数的反函数对曲线参数进行拟合，根据时间点对应的累积位移确定插补参数，进而计算出相应的轨迹点，包括：

11、通过构造任意u∈[uj，uj+1]区间内曲线参数u对应的曲线长度l的反函数u(l)，从而将l∈[lj，lj+1]与曲线参数u建立映射关系，第j段的uj(l)函数表达式如下：

12、uj(l)＝a+b(l-lj)+c(l-lj)2+d(l-lj)2(l-lj+1)

13、式中，a、b、c、d——多项式系数，具体如下：

14、a＝uj,b＝u′j,

15、

16、lj——在[0，uj]区间上的曲线积分长度。

17、可选地，通过对路径曲率的变化情况进行分析确定曲率极值点，将超过约束的曲率极值点作为减速点。

18、可选地，所述运行速度限制具体如下：

19、

20、可选地，两种速度规划方法为给定运动参数限制的s型速度规划方法和给定运行时间限制的s型速度规划方法。

21、本发明的有益效果在于：

22、在获得机器人的空间几何运动轨迹后，本发明设计了基于曲率约束的连续位姿速度规划方案。通过复合辛普森公式和三次b样条曲线导数计算了轨迹长度，使用三次hermite多项式对曲线参数进行拟合，使得在完成速度规划后可以根据累积位移确定插补参数。通过曲率和弧微分的定义，给出了平面和空间参数方程的曲率公式，利用曲率约束计算出速度限制和减速点。本发明还设计了在已知运动参数限制和运行时间限制的两种情况下计算s型速度曲线全部参数的速度规划方法，以满足不同输入条件下进行基于s型速度曲线速度规划的要求。

技术特征：

1.一种基于曲率约束的工业机器人连续位姿速度规划方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于曲率约束的工业机器人连续位姿速度规划方法，其特征在于：对b样条曲线进行积分算出所述曲线长度：

3.根据权利要求1所述的一种基于曲率约束的工业机器人连续位姿速度规划方法，其特征在于：所述参数拟合方程通过下述方式确定：

4.根据权利要求3所述的一种基于曲率约束的工业机器人连续位姿速度规划方法，其特征在于：通过对路径曲率的变化情况进行分析确定曲率5极值点，将超过约束的曲率极值点作为减速点。

5.根据权利要求4所述的一种基于曲率约束的工业机器人连续位姿速度规划方法，其特征在于：所述运行速度限制具体如下：

6.根据权利要求5所述的一种基于曲率约束的工业机器人连续位姿速度规划方法，其特征在于：两种速度规划方法为给定运动参数限制的s型速度规划方法和给定运行时间限制的s型速度规划方法。

技术总结本发明提供了一种基于曲率约束的工业机器人连续位姿速度规划方法，包括：利用数值积分和曲率约束确定速度规划参数，所述速度规划参数包括曲线长度、参数拟合方程、减速点和运行速度限制；基于S型速度曲线设计两种速度规划方法，对轨迹曲线分段，并在每段曲线上根据设定的始末速度和加速度和上述的两种速度规划方法，完成连续位姿速度规划。技术研发人员：王宏,孙英凯,吴轩钦受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院）技术研发日：技术公布日：2024/6/5