一種基于加速度動態(tài)配置的空間機器人抖動抑制軌跡規(guī)劃方法
【專利摘要】一種基于加速度動態(tài)配置的空間機器人抖動抑制軌跡規(guī)劃方法，屬于機器人抖動抑制【技術領域】。為解決現(xiàn)有的機器人系統(tǒng)容易產(chǎn)生殘余抖動，跟蹤精度不高，導致機器人無法精確定位；機器人運行不平穩(wěn)；時延造成的機器人執(zhí)行任務時間的延長；計算量大，對機器人控制器運算能力要求高的問題，本發(fā)明提出了：根據(jù)輸入的期望位移及最大加速度限幅預估軌跡段的最小執(zhí)行周期；根據(jù)計算的最小執(zhí)行周期及給定的軌跡周期確定最終的軌跡周期；根據(jù)機器人的運動學及動力學參數(shù)和機器人關節(jié)剛度參數(shù)計算在初始關節(jié)角度確定的構型下的機器人系統(tǒng)最低階的抖動周期；根據(jù)軌跡周期，加速時間及抖動周期選擇相應的軌跡規(guī)劃方式。本發(fā)明適用于機器人的抖動抑制領域。
【專利說明】一種基于加速度動態(tài)配置的空間機器人抖動抑制軌跡規(guī)劃方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于加速度動態(tài)配置的空間機器人抖動抑制軌跡規(guī)劃方法，屬于機器人抖動抑制【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著各國航天技術的發(fā)展，空間機器人在未來空間操作中的作用日益重要?？臻g機器人除了對硬件系統(tǒng)的可靠性提出嚴苛的要求外，對其規(guī)劃與控制方法也提出了很高的要求。一般空間機器人的控制與規(guī)劃相對于傳統(tǒng)的地面機器人的難點主要在于:1)空間機器人存在很強的結構柔性，并且空間機器人載體(或基座)的自由漂浮特性使得空間機器人在運動中不僅會產(chǎn)生柔性抖動，而且對其載體的擾動會引起載體位姿的明顯變化，從而嚴重影響空間機器人的位姿精度。2)空間機器人的柔性抖動頻率不僅受結構剛度的影響，而且隨著機器人關節(jié)角度的變化而變化。因此，空間機器人的軌跡規(guī)劃需要同時考慮結構柔性及機器人構型變化所引起的影響。但現(xiàn)有技術中存在機器人系統(tǒng)中加速度在整個插補周期內(nèi)不能動態(tài)配置，容易產(chǎn)生殘余抖動，跟蹤精度不高，導致機器人無法精確定位；機器人構型變化時，系統(tǒng)一階抖動頻率變化所引起的變頻率軌跡抖動導致的機器人運行不平穩(wěn)；不能有效克服傳統(tǒng)開環(huán)輸入整形控制所產(chǎn)生的時延，從而造成機器人執(zhí)行任務時間的延長；計算量大，對機器人控制器運算能力要求高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種基于加速度動態(tài)配置的空間機器人抖動抑制軌跡規(guī)劃方法，以解決針對現(xiàn)有的機器人系統(tǒng)容易產(chǎn)生殘余抖動，跟蹤精度不高，導致機器人無法精確定位；機器人運行不平穩(wěn)；時延造成的機器人執(zhí)行任務時間的延長；計算量大，對機器人控制器運算能力要求高的問題。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案是:
[0005]本發(fā)明所述的一種基于加速度動態(tài)配置的空間機器人抖動抑制軌跡規(guī)劃方法，是按照以下步驟實現(xiàn)的:
[0006]步驟一、根據(jù)輸入的期望位移Sp及最大加速度限幅am預估軌跡段的最小執(zhí)行周期tpmin:假設在整個軌跡規(guī)劃周期內(nèi)，整個軌跡段以最大加速度幅值的要求進行規(guī)劃，則期望位移與最大加速度限幅之間存在如下關系:
[0007]
【權利要求】
1.一種基于加速度動態(tài)配置的空間機器人抖動抑制軌跡規(guī)劃方法，其特征在于所述方法是按照以下步驟實現(xiàn)的: 步驟一、根據(jù)輸入的期望位移Sp及最大加速度限幅am預估軌跡段的最小執(zhí)行周期tpmin:假設在整個軌跡規(guī)劃周期內(nèi)，整個軌跡段以最大加速度幅值的要求進行規(guī)劃，則期望位移與最大加速度限幅之間存在如下關系:
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于加速度動態(tài)配置的空間機器人抖動抑制軌跡規(guī)劃方法，其特征在于步驟四的所述的規(guī)劃方式分為: 對于軌跡周期tp，其大小將滿足四個分布區(qū)間之一，即l)tp > 8 Td,2)8 Td ^ tp >6 τ d，3)6 τ d≥tp > 4 τ d，4)4 τ d ≥tp > 2 τ d ;若tp ≥2 τ d，則將軌跡周期tp的值修正為tp = 2.2 τ d,使之滿足上述四個區(qū)間之一。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于加速度動態(tài)配置的空間機器人抖動抑制軌跡規(guī)劃方法，其特征在于還包括: 步驟四(一)、若軌跡周期tp屬于第I)個區(qū)間，即tp > 8 τ d，則判斷加速時間ta。。是否滿足ta。。> 4 τ d這一條件,若滿足,則不修正加速時間ta。。的大??； 若不滿足，則將加速時間ta。。修正為ta。。= 0.5tp ;然后判斷軌跡周期tp與加速時間ta。。的關系；若tp < 2tacc,則將軌跡周期tp修正為tp = 2tacc ;此時將選擇規(guī)劃方式4計算期望軌跡的位置、速度、加速度的具體數(shù)值； 步驟四(二)、若軌跡周期tp屬于第2)個區(qū)間，即8 τ d > tp > 6 τ d，則判斷加速時間tacc是否滿足ta。。> 3 τ d這一條件,若滿足,則不修正加速時間ta。。的大??；若不滿足，則將加速時間ta。。修正為ta。。= 0.5tp ;然后判斷軌跡周期tp與加速時間ta。。的關系；若tp < 2tacc,則將軌跡周期tp修正為tp = 2tacc ;此時將選擇規(guī)劃方式3計算期望軌跡的位置、速度、加速度的具體數(shù)值； 步驟四(三)、若軌跡周期tp屬于第3)個區(qū)間，即6 τ d≥tp > 4 τ d，則判斷加速時間tacc是否滿足ta。。> 2 τ d這一條件,若滿足,則不修正加速時間ta。。的大小； 若不滿足，則將加速時間ta。。修正為ta。。= 0.5tp ;然后判斷軌跡周期tp與加速時間ta。。的關系；若tp < 2tacc,則將軌跡周期tp修正為tp = 2tacc ;此時將選擇規(guī)劃方式2計算期望軌跡的位置、速度、加速度的具體數(shù)值； 步驟四(四)、若軌跡周期tp屬于第4)個區(qū)間，即4 τ d > tp > 2 τ d，則判斷加速時間tacc是否滿足 ta。。> τ d這一條件,若滿足,則不修正加速時間ta。。的大?。? 若不滿足，則將加速時間ta。。修正為ta。。= 0.5tp ;然后判斷軌跡周期tp與加速時間ta。。的關系；若tp < 2tacc,則將軌跡周期tp修正為tp = 2tacc ;此時將選擇規(guī)劃方式I計算期望軌跡的位置、速度、加速度的具體數(shù)值。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于加速度動態(tài)配置的空間機器人抖動抑制軌跡規(guī)劃方法，其特征在于步驟四(一)所述的規(guī)劃方式4的規(guī)劃方法為: 加速度按照五脈沖整形的方式進行配置，其中kp k2、k3、k4為整形系數(shù)，由機器人系統(tǒng)的阻尼比ζ決定；其計算方法為:
Ii1 = 0.11275+0.76632 ζ +3.2916 ζ 2_1.4438 ζ 2 (5)
k2 = 0.23698+0.61164 ζ _2.5785 ζ 2+4.8522 ζ 3 (6)
k3 = 0.30008-0.19062 ζ _2.1456 ζ 2+0.13744 ζ 3 (7)
k4 = 0.23775-0.73297 ζ +0.46885 ζ 2_2.0865 ζ 3 (8) 規(guī)劃方式4將時間區(qū)間分為19個區(qū)間，即 O,，令，Td ， [Td,
5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于加速度動態(tài)配置的空間機器人抖動抑制軌跡規(guī)劃方法，其特征在于步驟四(二)所述的規(guī)劃方式3的規(guī)劃方法為: 加速度按照四脈沖整形的方式進行配置，其中k1、k2、k3為整形系數(shù)，由機器人系統(tǒng)的阻尼比ζ決定；其計算方法為:
Ii1 = 0.16054+0.76699 ζ +2.2656 ζ 2_1.2275 ζ 3(38)
k2 = 0.33911+0.45081 ζ _2.5808 ζ 2+1.7365 ζ 3(39)
k3 = 0.34089-0.61533 ζ -0.68765 ζ 2+0.42261 ζ 3(40) 規(guī)劃方式3將時間區(qū)間分為15個區(qū)間，即
6.根據(jù)權利要求5所述的一種基于加速度動態(tài)配置的空間機器人抖動抑制軌跡規(guī)劃方法，其特征在于步驟四(三)所述的規(guī)劃方式2的規(guī)劃方法為:加速度按照三脈沖整形的方式進行配置，其中ki和k2為整形系數(shù)，其取值為屯=0.2625，k2 = 0.475 ；

規(guī)劃方式2將時間區(qū)間分為11個區(qū)間，即
7.根據(jù)權利要求6所述的一種基于加速度動態(tài)配置的空間機器人抖動抑制軌跡規(guī)劃方法，其特征在于步驟四(四)所述的規(guī)劃方式I的規(guī)劃方法為: 加速度按照兩脈沖整形的方式進行配置，其中k為整形系數(shù)，由機器人系統(tǒng)的阻尼比ζ決定；其計算方法為:
【文檔編號】G05B13/04GK103970019SQ201410213614
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權日:2014年5月20日
【發(fā)明者】劉業(yè)超, 夏進軍, 劉宏, 趙京東, 倪風雷 申請人:哈爾濱工業(yè)大學