一种给定时间和初末速度的机械臂轨迹规划方法及系统与流程

本发明涉及机械臂轨迹规划，特别是涉及一种给定时间和初末速度的机械臂轨迹规划方法及系统。

背景技术：

1、机械臂在关节空间运动时，为保持速度的连续性和不同轴关节的等时性，给定轴关节经过一段路径的总时间、初始速度以及末速度，并且保证运动过程中速度和加速度不超限。但是传统的s曲线算法在给定时间时需要固定的缩放始末速度，而t曲线不能保证运动过程中加速度的连续性。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种给定时间和初末速度的机械臂轨迹规划方法及系统，给定起点速度、终点速度和路径运行总时间，规定运动过程中的最大速度和最大加速度，采用三次多项式方式进行规划，保证速度和加速度的连续性。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种给定时间和初末速度的机械臂轨迹规划方法，包括：

4、根据给定的路径运行总时间、路径距离、最大加速度、起点速度和终点速度得到匀速段速度以及加速段、匀速段和减速段的时间；

5、根据匀速段速度和起点速度更新最大加速度；

6、根据更新后的最大加速度、匀速段速度、起点速度和终点速度，在加速段、匀速段和减速段的时间内，确定每段路径每时刻的加加速度、加速度、速度和位置，以此得到运动轨迹。

7、作为可选择的实施方式，确定匀速段速度的过程包括：根据匀速段速度与起点速度和终点速度的大小比较关系，设定假设条件分别计算匀速段速度，同时设置匀速段速度不大于最大速度的约束条件，当计算出的匀速段速度满足设定的假设条件和约束条件时则停止计算。

8、作为可选择的实施方式，设，则匀速段速度为：

9、

10、设，则匀速段速度为：

11、

12、设，则匀速段速度为：

13、

14、设，则匀速段速度为：

15、

16、其中，为匀速段速度，t为轨迹运行总时间，为起点速度，为终点速度，为最大加速度，h为路径距离。

17、作为可选择的实施方式，加速段时间、减速段时间和匀速段时间为：

18、

19、其中，t为轨迹运行总时间，为起点速度，为终点速度，为最大加速度，为匀速段速度。

20、作为可选择的实施方式，在加速段的时间内，每时刻的加加速度、加速度、速度和位置分别为：

21、

22、其中，t为轨迹运行总时间，为起点速度，为最大加速度，为匀速段速度，为起点位置，为加速段时间。

23、作为可选择的实施方式，在匀速段的时间内，每时刻的加加速度、加速度、速度和位置分别为：

24、

25、其中，为匀速段速度，为起点位置，为减速段时间，为最大加速度，为起点速度，为加速段时间。

26、作为可选择的实施方式，在减速段的时间内，每时刻的加加速度、加速度、速度和位置分别为：

27、

28、其中，为匀速段速度，为起点位置，为减速段时间，为最大加速度，为起点速度，为加速段时间，t为轨迹运行总时间。

29、第二方面，本发明提供一种给定时间和初末速度的机械臂轨迹规划系统，包括：

30、匀速段速度确定模块，被配置为根据给定的路径运行总时间、路径距离、最大加速度、起点速度和终点速度得到匀速段速度以及加速段、匀速段和减速段的时间；

31、最大加速度确定模块，被配置为根据匀速段速度和起点速度更新最大加速度；

32、轨迹规划模块，被配置为根据更新后的最大加速度、匀速段速度、起点速度和终点速度，在加速段、匀速段和减速段的时间内，确定每段路径每时刻的加加速度、加速度、速度和位置，以此得到运动轨迹。

33、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。

34、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

36、本发明提出一种给定时间和初末速度的机械臂轨迹规划方法及系统，对机械臂轨迹进行规划时，给定起点速度、终点速度和路径运行总时间，规定运动过程中的最大速度和最大加速度，采用三次多项式的方式进行规划，给定路径运行总时间以保证速度的连续性，采用三次多项式以保证运行过程中加速度的连续性。

37、本发明提出一种给定时间和初末速度的机械臂三次分段式轨迹规划方法，为保证各关节运动的等时性和速度连续性，对轴进行轨迹规划，在给定时间和速度、加速度的条件下，结合三次曲线加速度连续的优势和保证始末速度连续给出轨迹规划的方案。

38、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种给定时间和初末速度的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种给定时间和初末速度的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，确定匀速段速度的过程包括：根据匀速段速度与起点速度和终点速度的大小比较关系，设定假设条件分别计算匀速段速度，同时设置匀速段速度不大于最大速度的约束条件，当计算出的匀速段速度满足设定的假设条件和约束条件时则停止计算。

3.如权利要求2所述的一种给定时间和初末速度的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，设，则匀速段速度为：

4.如权利要求1所述的一种给定时间和初末速度的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，加速段时间、减速段时间和匀速段时间为：

5.如权利要求1所述的一种给定时间和初末速度的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，在加速段的时间内，每时刻的加加速度、加速度、速度和位置分别为：

6.如权利要求1所述的一种给定时间和初末速度的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，在匀速段的时间内，每时刻的加加速度、加速度、速度和位置分别为：

7.如权利要求1所述的一种给定时间和初末速度的机械臂轨迹规划方法，其特征在于，在减速段的时间内，每时刻的加加速度、加速度、速度和位置分别为：

8.一种给定时间和初末速度的机械臂轨迹规划系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。

技术总结
本发明公开一种给定时间和初末速度的机械臂轨迹规划方法及系统，涉及机械臂轨迹规划技术领域，包括：根据给定的路径运行总时间、路径距离、最大加速度、起点速度和终点速度得到匀速段速度以及加速段、匀速段和减速段的时间；根据匀速段速度和起点速度更新最大加速度；根据更新后的最大加速度、匀速段速度、起点速度和终点速度，在加速段、匀速段和减速段的时间内，确定每段路径每时刻的加加速度、加速度、速度和位置，以此得到运动轨迹。给定起点速度、终点速度和路径运行总时间，规定运动过程中的最大速度和最大加速度，采用三次多项式方式进行规划，保证速度和加速度的连续性。

技术研发人员：王迎智,张书猛,戈朝波
受保护的技术使用者：极限人工智能（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13