CN109648560A - 工业机器人的空间轨迹过渡方法、系统及机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于机器人技术领域，提供了一种工业机器人的空间轨迹过渡方法、系统及机器人，包括：根据直线运动轨迹、圆弧曲线运动轨迹、过渡归一化参数构建过渡区域曲线；根据弓高误差和最大加速度计算过渡区域曲线的边界速度；根据边界速度对过渡区域曲线进行优化，并基于过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据位置信息进行运动。通过构建过渡区域曲线，并对边界速度进行限制，实现过渡轨迹在低速及高速的情况下保持一致；由于过渡区域的轨迹速度是根据弓高误差和最大加速度来确定的，能够保证过渡的速度在允许的范围内，并且实现过渡轨迹与原轨迹在衔接处曲率连续变化，实现平滑过渡。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种工业机器人的空间轨迹过渡方法、系统及机器人。
背景技术
工业机器人在其工作空间内的运动由用户输入的多条运动指令产生的各个轨迹组合而成。每一条运动指令生成的轨迹(如直线运动轨迹和圆弧运动轨迹都是平滑的，但是在各个轨迹的连接处由于速度变化，则会出现突变，导致出现剧烈的抖动。为了尽量减少突变，通常通过构建过渡曲线来实现过渡，通过将过渡轨迹与原轨迹进行衔接，来减少突变量。
目前构建过渡曲线的方法包括：通过规划时间作为过渡参数，将过渡曲线通过前后两段轨迹的矢量叠加来构建过渡曲线；或者通过规划距离作为过渡参数，通过圆弧或抛物线来构造过渡曲线。而矢量叠加的方法实现过渡，会存在过渡轨迹的形状在高低速下不一致的情况，且可能导致过渡速度超过限制速度，导致无法平滑过渡。而通过圆弧或抛物线等构造过渡曲线则无法保证原轨迹与过渡轨迹的曲率的连续性，导致衔接处的加速度突变，而无法平滑过渡。
综上所述，目前工业机器人的空间轨迹的过渡方法上存在无法平滑过渡的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种工业机器人的空间轨迹过渡方法、系统及机器人，以解决目前工业机器人的空间轨迹的过渡方法上存在无法平滑过渡的问题。
本发明的第一方面提供了一种工业机器人的空间轨迹过渡方法，包括：
根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化；
根据预设过渡距离计算过渡归一化参数；
根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线；
根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度；
根据所述边界速度对所述过渡区域曲线进行优化，并基于所述过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据所述位置信息进行运动。
本发明的第二方面提供了一种工业机器的空间过渡系统，包括：
参数化模块，用于根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化；
归一化模块，用于根据预设过渡距离计算过渡归一化参数；
构建模块，用于根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线；
边界速度确定模块，用于根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度；
运动控制模块，用于根据所述边界速度对所述过渡区域曲线进行优化，并基于所述过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据所述位置信息进行运动。
本发明的第三方面提供了一种机器人，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化；
根据预设过渡距离计算过渡归一化参数；
根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线；
根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度；
根据所述边界速度对所述过渡区域曲线进行优化，并基于所述过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据所述位置信息进行运动。
本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化；
根据预设过渡距离计算过渡归一化参数；
根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线；
根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度；
根据所述边界速度对所述过渡区域曲线进行优化，并基于所述过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据所述位置信息进行运动。
本发明提供的一种工业机器人的空间轨迹过渡方法、系统及机器人，通过构建过渡区域曲线，并对边界速度进行限制，根据边界速度优化过渡曲线，实现过渡轨迹在低速及高速的情况下保持一致；由于过渡区域的轨迹速度是根据弓高误差和最大加速度来确定的，能够保证过渡的速度在允许的范围内，并且实现过渡轨迹与原轨迹在衔接处曲率连续变化，实现平滑过渡。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种工业机器人的空间轨迹过渡方法的实现流程示意图；
图2是根据本发明实施例一提供的工业机器人的空间轨迹过渡方法中构建的连续的过渡区域曲线的示意图；
图3是本发明实施例二提供的对应实施例一步骤S102的实现流程示意图；
图4是本发明实施例三提供的对应实施例一步骤S104的实现流程示意图；
图5是本发明实施例四提供的一种工业机器人的空间轨迹控制系统的结构示意图；
图6是本发明实施例五提供的对应实施例四中归一化模块102的结构示意图；
图7是本发明实施例六提供的对应实施例四中边界速度确定模块104的结构示意图；
图8是本发明实施例九提供的机器人的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、系统、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供了一种工业机器人的空间轨迹过渡方法，其具体包括：
步骤S101：根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化。
在具体应用中，通过对相邻两条运动指令，并对其进行参数化，即对运动指令相应的运动轨迹进行参数化。上述运动轨迹包括直线运动轨迹和圆弧运动轨迹。
在具体应用中，对直线运动轨迹进行参数化，参数方程为：f(s)＝pstart+s·(pend-pstart)；
其中，s∈[0,1]为归一化参数，pstart和pend分别为直线的起点和终点。
在具体应用中，对圆弧运动轨迹进行参数化，参数方程为：
其中，s∈[0,1]为归一化参数，为空间转换矢量，rc为圆弧半径，pc为圆弧圆心坐标。
空间转换矢量的具体表达式为：
其中，和为圆弧运动轨迹的起点处切向量和终点处切向量，θ为圆弧总圆心角。
步骤S102：根据预设过渡距离计算过渡归一化参数。
在具体应用中，通过给定预设过渡距离dz，根据预设过渡距离dz计算相邻两条运动轨迹的参数方程在过渡区域的过渡归一化参数。其中，预设过渡距离可以根据实际应用进行设置，在此不加以限制。
在具体应用中，计算直线运动轨迹在进入过渡区域的第一过渡归一化参数值和直线运动轨迹在离开过渡区域的第二过渡归一化参数值。再计算圆弧运动轨迹在进入过渡区域的第三过渡归一化参数值和圆弧运动轨迹在离开过渡区域的第四过渡归一化参数值。
判断上述第一过渡归一化参数值、第二过渡归一化参数值、第三过渡归一化参数值、第四过渡归一化参数值是否超出原参数方程总长度的一半，如果超出原参数方程总长度的一半，则将原参数方程总长度的一半作为过渡归一化参数值。
步骤S103：根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线。
在具体应用中，根据前后两段运动轨迹的参数方程及过渡归一化参数，即直线运动轨迹的参数方程、圆弧曲线运动轨迹的参数方程以及过渡归一化参数，采用5次贝塞尔曲线构建所述过渡区域曲线，上述过渡区域曲线的参数方程如下：
b(s)＝a0+a1s+a2s2+a3s3+a4s4+a5s5；
其中，αi,i＝0,1...5为5次贝塞尔曲线系数。
为了保证过渡曲线与原曲线衔接处的位置、切矢量及曲率连续，上述ai需满足下述条件：
其中，pi,i＝0,1...5为5次贝塞尔曲线控制点，控制点的求解满足以下条件：
其中，ps为直线运动轨迹或圆弧运动轨迹进入过渡区域的位置、ts为直线运动轨迹或圆弧运动轨进入过渡区域的切向量、ns为直线运动轨迹或圆弧运动轨进入过渡区域的法向量，pe为直线运动轨迹或圆弧运动轨离开过渡区域的位置、te为直线运动轨迹或圆弧运动轨离开过渡区域的切向量、ne为直线运动轨迹或圆弧运动轨离开过渡区域的法向量。
如图2所示，通过上述构建过渡区域曲线的方法进行过渡区域曲线，得到连续的过渡区域曲线。
步骤S104：根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度。
在具体应用中，获取弓高误差和最大加速度，采用弓高误差计算过渡区域曲线的边界速度，再采用最大加速度计算过渡区域曲线的边界速度，再比较采用弓高误差计算得到的边界速度和采用最大加速度计算得到的边界速度的大小，将两者中小的边界速度作为过渡区域曲线的边界速度。需要说明的是，上述弓高误差和最大加速度可以通过系统参数直接获取，在此不加以赘述，也不对其获取过程进行限制。
步骤S105：根据所述边界速度对所述过渡区域曲线进行优化，并基于所述过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据所述位置信息进行运动。
在具体应用中，通过边界速度对过渡区域曲线进行速度规划，保证过渡的速度在合理地范围内。具体的，通过S曲线对过渡区域曲线进行速度规划。需要说明的是，S曲线用于速度规划是本领域的现有技术，本实施例不再对如何根据边界速度采用S曲线对过渡区域曲线进行速度规划进行赘述。
在具体应用中，对于速度规划完成后的过渡区域曲线的参数方程，将速度代入到该过渡区域曲线的参数方程获得每个插补周期的位置信息。再控制机器人根据所述位置信息进行运动。实现对机器人的运动轨迹的平滑过渡。
本实施例提供的工业机器人的空间轨迹过渡方法，通过构建过渡区域曲线，并对边界速度进行限制，根据边界速度优化过渡曲线，实现过渡轨迹在低速及高速的情况下保持一致；由于过渡区域的轨迹速度是根据弓高误差和最大加速度来确定的，能够保证过渡的速度在允许的范围内，并且实现过渡轨迹与原轨迹在衔接处曲率连续变化，实现平滑过渡。
实施例二：
如图3所示，在本实施例中，实施例一中的步骤S102具体包括：
步骤S201：获取预设过渡距离，根据所述预设过渡距离计算直线运动轨迹在进入过渡区域的第一过渡归一化参数值及离开过渡区域的第二过渡归一化参数值。
在具体应用中，根据所述预设过渡距离计算直线运动轨迹在进入过渡区域的第一过渡归一化参数值的计算公式为：其中，dz为预设过渡距离，L1为进入过渡区域的直线运动轨迹的总长度。
在具体应用中，所述根据所述预设过渡距离计算直线运动轨迹离开过渡区域的第二过渡归一化参数值的计算公式为：其中，L2为离开过渡区域的直线运动轨迹的总长度。
步骤S202：根据所述预设过渡距离计算圆弧运动轨迹进入过渡区域的第三过渡归一化参数值和离开过渡区域的第四过渡归一化参数值。
在具体应用中，根据所述预设过渡距离计算圆弧运动轨迹进入过渡区域的第三过渡归一化参数值的计算公式为：其中，θ1为进入过渡区域的圆弧运动轨迹的总圆心角，rc1为圆弧运动轨迹的半径。
在具体应用中，根据所述预设过渡距离计算圆弧运动轨迹离开过渡区域的第四过渡归一化参数值的计算公式为其中，θ2为离开过渡区域的圆弧运动轨迹的总圆心角，rc2为圆弧运动轨迹的半径。
步骤S203：判断所述第一过渡归一化参数值、第二过渡归一化参数值、第三过渡归一化参数值以及第四过渡归一化参数值是否满足预设条件。
在具体应用中，上述预设条件为上述第一过渡归一化参数值是否超出直线运动轨迹的参数方程的总长度的一半、第二过渡归一化参数值是否超出直线运动轨迹的参数方程的总长度的一半、第三过渡归一化参数值是否超出圆弧曲线运动轨迹的参数方程的总长度的一半、第四过渡归一化参数值是否超出圆弧曲线运动轨迹的参数方程的总长度的一半。
步骤S204：若满足预设条件，则对所述第一过渡归一化参数值、第二过渡归一化参数值、第三过渡归一化参数值以及第四过渡归一化参数值进行截断。
在具体应用中，上述对所述第一过渡归一化参数值、第二过渡归一化参数值、第三过渡归一化参数值以及第四过渡归一化参数值进行截断具体为：若上述第一过渡归一化参数值超出直线运动轨迹的参数方程的总长度的一半，则以所述直线运动轨迹的参数方程的总长度的一半作为第一过渡归一化参数值；否则，保留原第一过渡归一化参数值。若第二过渡归一化参数值超出直线运动轨迹的参数方程的总长度的一半，则以直线运动轨迹的参数方程的总长度的一半作为第二过渡归一化参数值；否则，保留原第二过渡归一化参数值。若第三过渡归一化参数值超出圆弧曲线运动轨迹的参数方程的总长度的一半，则以圆弧曲线运动轨迹的参数方程的总长度的一半作为第三过渡归一化参数值；否则，保留原第三过渡归一化参数值。若第四过渡归一化参数值超出圆弧曲线运动轨迹的参数方程的总长度的一半，则以圆弧曲线运动轨迹的参数方程的总长度的一半作为第四过渡归一化参数值；否则，保留原第四过渡归一化参数值。
实施例三：
如图4所示，在本实施例中，实施例一中的步骤S104具体包括：
步骤S301：获取弓高误差，根据所述弓高误差计算所述过渡区域曲线的第一边界速度。
在具体应用中，设定并根据弓高误差δmax计算所述过渡区域曲线的第一边界速度。计算过渡区域曲线的第一边界速度的计算公式为：其中，ρ为过渡曲线曲率最大值，Ts为过渡曲线插补周期。
步骤S302：获取最大加速度，根据所述最大加速度计算过渡区域曲线的第二边界速度。
在具体应用中，设定并根据最大加速度Amax计算过渡区域曲线的第二边界速度。计算过渡区域曲线的第二边界速度的计算公式为：其中，ρ为过渡曲线曲率最大值，Amax为最大加速度。
步骤S303：将所述第一边界速度与所述第二边界速度的最小值作为过渡区域的边界速度。
在具体应用中，通过比较计算得到的第一边界速度和第二边界速度，将两者中的最小值作为该过渡区域的边界速度。
实施例四：
如图5所示，本实施例提供一种工业机器人的空间轨迹控制系统100，用于执行实施例一中的方法步骤，其包括参数化模块101、归一化模块102、构建模块103、边界速度确定模块104以及运动控制模块105。
参数化模块101用于根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化。
归一化模块102用于根据预设过渡距离计算过渡归一化参数。
构建模块103用于根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线。
边界速度确定模块104用于根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度。
运动控制模块105用于根据所述边界速度对所述过渡区域曲线进行优化，并基于所述过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据所述位置信息进行运动。
需要说明的是，本发明实施例提供的工业机器人的空间轨迹控制系统，由于与本发明图1所示方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明图1所示方法实施例相同，具体内容可参见本发明图1所示方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
因此，本实施例提供的一种工业机器人的空间轨迹控制系统，同样能够通过构建过渡区域曲线，并对边界速度进行限制，根据边界速度优化过渡曲线，实现过渡轨迹在低速及高速的情况下保持一致；由于过渡区域的轨迹速度是根据弓高误差和最大加速度来确定的，能够保证过渡的速度在允许的范围内，并且实现过渡轨迹与原轨迹在衔接处曲率连续变化，实现平滑过渡。
实施例五：
如图6所示，在本实施例中，实施例五中的归一化模块102包括用于执行图3所对应的实施例中的方法步骤的结构，其包括第一计算单元201、第二计算单元202、判断单元203以及截断单元204。
第一计算单元201用于获取预设过渡距离，根据所述预设过渡距离计算直线运动轨迹在进入过渡区域的第一过渡归一化参数值及离开过渡区域的第二过渡归一化参数值。
第二计算单元202用于根据所述预设过渡距离计算圆弧运动轨迹进入过渡区域的第三过渡归一化参数值和离开过渡区域的第四过渡归一化参数值。
判断单元203用于判断所述第一过渡归一化参数值、第二过渡归一化参数值、第三过渡归一化参数值以及第四过渡归一化参数值是否满足预设条件；
截断单元，用于若满足预设条件，则对所述第一过渡归一化参数值、第二过渡归一化参数值、第三过渡归一化参数值以及第四过渡归一化参数值进行截断。
实施例六：
如图7所示，在本实施例中，实施例五中的边界速度确定模块104包括用于执行图4所对应的实施例中的方法步骤的结构，其包括第一边界速度获取单元301、第二边界速度获取单元302以及确定单元303。
第一边界速度获取单元301用于获取弓高误差，根据所述弓高误差计算所述过渡区域曲线的第一边界速度。
第二边界速度获取单元302用于获取最大加速度，根据所述最大加速度计算过渡区域曲线的第二边界速度。
确定单元303用于将所述第一边界速度与所述第二边界速度的最小值作为过渡区域的边界速度。
实施例七：
图8是本发明实施例七提供的机器人的示意图。如图8所示，该实施例的机器人7包括：处理器70、存储器71以及存储在所述存储器71中并可在所述处理器70上运行的计算机程序72，例如程序。所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各个图片处理方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S105。或者，所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述系统实施例中各模块/单元的功能，例如图5所示模块101至105的功能。
示例性的，所述计算机程序72可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器71中，并由所述处理器70执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序72在所述机器人7中的执行过程。例如，所述计算机程序72可以被分割成参数化模块、归一化模块、构建模块、边界速度确定模块以及运动控制模块，各模块具体功能如下：
参数化模块，用于根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化；
归一化模块，用于根据预设过渡距离计算过渡归一化参数；
构建模块，用于根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线；
边界速度确定模块，用于根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度；
运动控制模块，用于根据所述边界速度对所述过渡区域曲线进行优化，并基于所述过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据所述位置信息进行运动。
所称处理器70可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器71可以是所述机器人7的内部存储单元，例如机器人7的硬盘或内存。所述存储器71也可以是所述机器人7的外部存储设备，例如所述机器人7上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器71还可以既包括所述机器人7的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器71用于存储所述计算机程序以及所述机器人所需的其他程序和数据。所述存储器71还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述无线终端中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统/机器人和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统/机器人实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述设置为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，设置为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并设置为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或系统、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种工业机器人的空间轨迹过渡方法，其特征在于，包括：
根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化；
根据预设过渡距离计算过渡归一化参数；
根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线；
根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度；
根据所述边界速度对所述过渡区域曲线进行优化，并基于所述过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据所述位置信息进行运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化，包括：
对直线运动轨迹进行参数化，参数方程为：f(s)＝pstart+s·(pend-pstart)；
其中，s∈[0,1]为归一化参数，pstart和pend分别为直线的起点和终点；
对圆弧运动轨迹进行参数化，参数方程为：
其中，s∈[0,1]为归一化参数，为空间转换矢量，rc为圆弧半径，pc为圆弧圆心坐标；
的具体表达式为：
其中，和为圆弧运动轨迹的起点处切向量和终点处切向量，θ为圆弧总圆心角。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设过渡距离计算过渡归一化参数，包括：
获取预设过渡距离，根据所述预设过渡距离计算直线运动轨迹在进入过渡区域的第一过渡归一化参数值及离开过渡区域的第二过渡归一化参数值；
根据所述预设过渡距离计算圆弧运动轨迹进入过渡区域的第三过渡归一化参数值和离开过渡区域的第四过渡归一化参数值；
判断所述第一过渡归一化参数值、第二过渡归一化参数值、第三过渡归一化参数值以及第四过渡归一化参数值是否满足预设条件；
若满足预设条件，则对所述第一过渡归一化参数值、第二过渡归一化参数值、第三过渡归一化参数值以及第四过渡归一化参数值进行截断。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述根据所述预设过渡距离计算直线运动轨迹在进入过渡区域的第一过渡归一化参数值的计算公式为：其中，dz为预设过渡距离，L1为进入过渡区域的直线运动轨迹的总长度；
所述根据所述预设过渡距离计算直线运动轨迹离开过渡区域的第二过渡归一化参数值的计算公式为：其中，L2为离开过渡区域的直线运动轨迹的总长度；
所述根据所述预设过渡距离计算圆弧运动轨迹进入过渡区域的第三过渡归一化参数值的计算公式为：其中，θ1为进入过渡区域的圆弧运动轨迹的总圆心角，rc1为圆弧运动轨迹的半径；
所述根据所述预设过渡距离计算圆弧运动轨迹离开过渡区域的第四过渡归一化参数值的计算公式为其中，θ2为离开过渡区域的圆弧运动轨迹的总圆心角，rc2为圆弧运动轨迹的半径。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线，包括：
采用5次贝塞尔曲线构建所述过渡区域曲线，上述过渡区域曲线的参数方程如下：
其中，αi,i＝0,1...5为5次贝塞尔曲线系数，pi,i＝0,1...5为5次贝塞尔曲线控制点，ps为直线运动轨迹或圆弧运动轨迹进入过渡区域的位置、ts为直线运动轨迹或圆弧运动轨进入过渡区域的切向量、ns为直线运动轨迹或圆弧运动轨进入过渡区域的法向量，pe为直线运动轨迹或圆弧运动轨离开过渡区域的位置、te为直线运动轨迹或圆弧运动轨离开过渡区域的切向量、ne为直线运动轨迹或圆弧运动轨离开过渡区域的法向量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度，包括：
获取弓高误差，根据所述弓高误差计算所述过渡区域曲线的第一边界速度，计算公式为：其中，ρ为过渡曲线曲率最大值，Ts为过渡曲线插补周期；
获取最大加速度，根据所述最大加速度计算过渡区域曲线的第二边界速度，计算公式为：其中，ρ为过渡曲线曲率最大值，Amax为最大加速度；
将所述第一边界速度与所述第二边界速度的最小值作为过渡区域的边界速度。
7.一种工业机器人的空间轨迹控制系统，其特征在于，包括：
参数化模块，用于根据运动指令对相邻两条运动轨迹进行参数化，包括：对直线运动轨迹进行参数化和对圆弧曲线进行参数化；
归一化模块，用于根据预设过渡距离计算过渡归一化参数；
构建模块，用于根据所述直线运动轨迹、所述圆弧曲线运动轨迹、所述过渡归一化参数构建过渡区域曲线；
边界速度确定模块，用于根据弓高误差和最大加速度计算所述过渡区域曲线的边界速度；
运动控制模块，用于根据所述边界速度对所述过渡区域曲线进行优化，并基于所述过渡区域曲线获取过渡区域每个插补周期的位置信息，控制机器人根据所述位置信息进行运动。
8.根据权利要求7所述的工业机器人的空间轨迹控制系统，其特征在于，所述归一化模块包括：
第一计算单元，用于获取预设过渡距离，根据所述预设过渡距离计算直线运动轨迹在进入过渡区域的第一过渡归一化参数值及离开过渡区域的第二过渡归一化参数值；
第二计算单元，用于根据所述预设过渡距离计算圆弧运动轨迹进入过渡区域的第三过渡归一化参数值和离开过渡区域的第四过渡归一化参数值；
判断单元，用于判断所述第一过渡归一化参数值、第二过渡归一化参数值、第三过渡归一化参数值以及第四过渡归一化参数值是否满足预设条件；
截断单元，用于若满足预设条件，则对所述第一过渡归一化参数值、第二过渡归一化参数值、第三过渡归一化参数值以及第四过渡归一化参数值进行截断。
9.一种机器人，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
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