一种误差可控的机器人轨迹同步过渡方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113276116A(43)申请公布日2021.08.20(21)申请号202110557352.7(22)申请日2021.05.21(71)申请人武汉瀚迈科技有限公司地址430070湖北省武汉市东湖新技术开发区大学园路13号-1华中科技大学科技园现代服务业基地1号研发楼14层1号(72)发明人何姗姗颜昌亚李振瀚马磊(74)专利代理机构武汉华强专利代理事务所(普通合伙)42237代理人温珊姗(51)Int.Cl.B25J9/16(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称一种误差可控的机器人轨迹同步过渡方法(57)摘要本发明提供一种误差可控的机器人轨迹同步过渡方法，采用多维轨迹点表示多种机器人轨迹，并建立多维轨迹的统一运算规则和和多维曲线，基于多维轨迹点和多维运算建立基于凸组合表示的机器人轨迹的高连续同步过渡方法，该方法可针对不同的情况扩展、客制化，实现不同类型机器人及不同连续性要求的机器人轨迹过渡，实现了机器人轨迹的高连续性同步过渡，能够提高多种工业机器人轨迹的精度和效率，减少作业时的振动。CN113276116ACN113276116A权利要求书1/3页1.一种误差可控的机器人轨迹同步过渡方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、通过定义多维轨迹点来表示多种机器人的位置和姿态轨迹，该多维轨迹点能够同时表示三维位置轨迹、SCARA机器人的位姿轨迹和六关节机器人的位姿轨迹；步骤2、基于多维轨迹点的定义，建立多维轨迹点的统一运算规则和多维曲线，多维轨迹点的多维运算包括多维距离、多维加法、多维数乘和多维减法，基于多维运算建立位置和姿态几何同步的多维线段和多维B样条曲线；步骤3、基于多维轨迹点和多维运算建立基于凸组合表示的机器人轨迹的高连续同步过渡方法，同步过渡采用圆弧、抛物线或B样条曲线作为过渡曲线，不同过渡类型的区别仅在于基函数的不同；设一系列机器人线性轨迹点表示为其中Qi为多维轨迹点，遍历i＝1，2，...M‑1，基于凸组合的Qi点处的过渡轨迹表示为：Ci(u)＝((Qi+(Fi(u)(Qi‑1‑Qi)n)n)n+(Ki(u)(Qi+1‑Qi)n)n)n其中n＝3，4，7，式中的加法、数乘和减法均表示多维轨迹点的多维运算，Fi(u)和Ki(u)为过渡曲线的基函数，基函数的具体表示根据采用的过渡曲线类型和连续性条件推导得到；步骤4、基于步骤3中的机器人轨迹过渡方法实现位置和姿态轨迹的过渡误差控制和过渡轨迹保型控制：首先采用过渡轨迹的参数中点Ci(u＝0.5)来描述过渡误差，设βi＝Fi(0.5)，γi＝Ki(0.5)为两个过渡参数，过渡轨迹Ci(u)的参数中点Ri表示为：Ri＝((Qi+(βi(Qi‑1‑Qi)n)n)n+((γi(Qi+1‑Qi)n)n)n过渡参数βi，γi根据Ri和Qi之间的过渡误差阈值反算得到，这两个过渡参数将唯一确定过渡曲线的几何形状，基于位置和姿态误差控制的拐角过渡表示为以下目标函数：maxβi，s.t.D3(Ri，Qi)≤εmaxDθ(Ri，Qi)≤omax其中D3(Ri，Qi)表示两个多维点Ri和Qi之间的位置距离，Dθ(Ri，Qi)表示两个多维点Ri和Qi之间的姿态夹角距离，εmax表示位置距离阈值，omax表示姿态夹角距离阈值；过渡轨迹的保型控制是指相邻两个拐角的过渡曲线不存在交叉，通过对βi进行上界约束实现过渡轨迹的保型控制，过渡参数βi越大对应的曲率极值越小，轨迹越平顺，首先根据位置对称性条件计算满足位置误差的βi，1，再根据姿态对称性条件计算满足姿态误差的βi，2，同时考虑保型约束的上界βi，3，取三者之中的最小值作为βi的取值，参数γi根据对称性条件对应求解，计算出过渡参数βi和γi后，根据过渡参数βi，γi和ri，1，ri，2之间的固定参数关系，对应计算ri，1和ri，2，进而构造出机器人轨迹的过渡曲线。2.如权利要求1所述的一种误差可控的机器人轨迹同步过渡方法，其特征在于：所述步n骤1中多维轨迹点表示为Pi∈R，n＝3，4，7，当n＝3时，Pi(xi，yi，zi)表示三维位置点，当n＝4时，Pi(xi，yi，zi，θi)表示SCARA机器人的位置和姿态点，θi表示SCARA机器人的姿态采用轴角法表示时的旋转角，当n＝7时，Pi(xi，yi，zi，qi)表示六关节机器人的位置和姿态点，其中qi＝(qs，i，qx，i，qy，i，qz，i)是六关节机器人姿态的四元数表示。3.如权利要求1所述的一种误差可控的机器人轨迹同步过渡方法，其特征在于：所述步骤2中多维距离是指两个多维轨迹点之间的抽象距离，当多维轨迹点为3D点时，该距离指两2CN113276116A权利要求书2/3页个位置点之间的三维距离