1.一种机器人运动轨迹平滑方法,其特征在于,包括:
步骤S1:在工件坐标系中,获取机器人运动的离散路径点,Qi(i=0,1,...,n)为各离散路径点位置,以相邻两段位置路径的离散路径点位置Q1、Q2和Q3为例,确定位置过渡长度lp满足保留部分线性路径用于末端执行器位置与姿态的同步调整;通过设置特定的节点向量3
和控制点构造B样条位置路径曲线Cp(u),使其经过每一个离散路径点并满足C连续性要求,控制点Pi(i=0,1,...,10)满足
2||P0P1||=2||P9P10||=||P1P2||=||P2P3||=||P7P8||=||P8P9||解析计算位置路径最大误差εp,通过调整控制点确保其在用户定义公差范围内,位置路径最大误差的计算公式为式中,dp表示向量P5P4和P5P6的长度,α为初始位置路径段夹角;
步骤S2:将各位置路径点对应旋转矩阵R表示为围绕固定工件坐标系三轴旋转的欧拉T角B=[α,β,γ]形式,各欧拉角坐标Bi(i=0,1,...,n)组成了初始姿态路径段,在欧拉角组成的旋转空间内进行平滑插值,并采用与位置路径曲线相同的结构生成姿态路径曲线Co(u);利用雅可比矩阵J和旋转空间坐标估计姿态路径误差,并通过调整控制点来进行约束,雅可比矩阵J的计算公式为式中,Sα、Sβ、Sγ、Cα、Cβ和Cγ分别表示sinα、sinβ、sinγ、cosα、cosβ和cosγ;
步骤S3:计算位置路径曲线C(u)的一阶和二阶导数以获得曲率
3
迭代优化位置路径曲线控制点Pi与过渡长度lp以降低曲率且满足公差及C 连续性要求,通过最小二乘回归拟合不同角度下的曲线控制点Pi与过渡长度lp之间的关系为步骤S4:推导末端执行器姿态相对于位移的一阶、二阶和三阶微分方程,确定位置与姿态路径同步的充要条件;结合位置路径相关参数,姿态路径曲线的过渡长度满足此外,为遵循姿态公差约束,姿态路径曲线还应满足式中,do表示向量O5O4和O5O6的长度,β为初始姿态路径段夹角;
步骤S5:根据最大速度、切向加速度、切向加加速度和弦公差约束,计算每段过渡曲线的允许速度;将允许速度小于设定最大速度的区域定义为速度敏感区域,并设定速度敏感区域速度为区域最小值;不同区域的速度通过S形加减速算法实现无突变过渡;
步骤S6:使用基于泰勒展开和弧长补偿的参数插值得到机器人平滑运动轨迹,并通过机器人逆运动学计算得到关节角度驱动命令,最终控制机器人沿设计轨迹运行。
2.根据权利要求1所述的机器人运动轨迹平滑方法,其特征在于,所述步骤S5采用:基于运动学和几何约束,综合考虑每段样条曲线的最大速度、切向加速度、切向加加速度及弦公差约束,计算允许速度vlim(u),并将允许速度低于设定阈值的区域定义为速度敏感区域,设定该区域的速度为区域最小值;通过S形加减速算法实现不同区域间的速度无突变过渡。
3.根据权利要求1所述的机器人运动轨迹平滑方法,其特征在于,所述步骤S6采用:基于泰勒展开与弧长补偿的参数插值得到机器人平滑运动轨迹,以减小因轨迹误差导致的速度误差;结合逆运动学计算出离散关节角度驱动命令,最终控制机器人沿规划轨迹运行。
4.一种机器人运动轨迹平滑系统,用于实现权利要求1至3中所述的机器人运动轨迹平滑方法,其特征在于,包括:路径平滑模块,配置为,采用B样条曲线拟合离散路径点,将机器人末端执行器姿态以欧拉角的形式表示,在旋转空间内进行平滑插值,实现位置与姿态路径的同步;
速度规划模块,配置为,计算允许速度并通过S形加减速算法平滑过渡;
参数插值模块,配置为,利用泰勒展开与弧长补偿的参数插值得到机器人平滑运动轨迹,结合逆运动学计算关节角驱动命令。
5.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序经处理器执行时,能够实现权利要求1至3中所述的任一方法步骤,并调用权利要求4中所述系统的任一功能模块。