机器人、机器人速度规划方法、装置及可读存储介质与流程

本技术涉及机器人控制，具体而言，涉及机器人、机器人速度规划方法、装置及可读存储介质。

背景技术：

1、在机器人高速高精度运动控制中，加减速规划直接影响系统性能。传统梯形速度规划计算简单，但加速度不连续，易引发振动。基于三角函数的s型速度规划虽使加速度平滑，却存在计算复杂且忽视系统频域响应的问题。为弥补上述缺陷，现有技术尝试将频域约束引入规划过程。例如，专利cn121500770a提出一种基于输入整形与s型速度规划的实时抑振方法，通过输入整形与s型规划结合，利用估计的系统固有频率均值对速度曲线进行抑振处理。专利cn121004600a提出一种考虑频率约束的机器人速度规划方法，该方法进一步提出考虑频率约束的机器人速度规划方法，在优化规划时间的同时引入频域约束条件。

2、然而，上述方案仍存在明显不足：

3、1、频率约束不完整：实际机器人系统具有多阶固有模态，现有方法仅针对单一均值频率进行处理，无法覆盖完整频带，当轨迹激励分量落入未处理频段时，仍可能引发振动。

4、2、无法保证时间最优：当引入多个固有频率约束时，参数求解空间高度非线性，现有策略难以在严格满足多重频域约束的同时，收敛至全局最短运行时间。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种机器人、机器人速度规划方法、装置及可读存储介质，以解决现有速度规划方法中，因频率约束不完整导致的抑振不充分问题，以及在多重频率约束下无法实现全局时间最优规划的问题。

2、为了实现上述目的，根据本技术的第一方面，提供了一种机器人速度规划方法，包括：

3、获取待规划路径的运动学约束信息和机器人的固有模态频率；

4、根据所述运动学约束信息确定第一滤波器组的第一时间常数序列，所述第一滤波器组包括多个用于处理运动学约束的滑动滤波器；

5、根据所述固有模态频率确定第二滤波器组的第二时间常数序列，所述第二滤波器组包括多个用于处理频率约束的滑动滤波器；

6、根据所述第一时间常数序列和所述第二时间常数序列进行时间优化，得到第三滤波器组的第三时间常数序列；所述第三滤波器组包括多个串联的滑动滤波器；

7、将所述待规划路径的路径长度构建为阶跃信号，将所述阶跃信号输入至所述第三滤波器组中，利用所述第三滤波器组按照所述第三时间常数序列对所述阶跃信号进行逐级滤波处理，得到所述机器人的速度规划信息。

8、可选地，根据所述运动学约束信息确定第一滤波器组的第一时间常数序列，包括：

9、根据所述运动学约束信息和时间最优条件确定所述第一滤波器组中每个第一滤波器的第一时间常数；所述运动学约束信息包括各阶运动学参量的运动学约束；

10、所述第一时间常数为：

11、；

12、其中，是第

i个第一滤波器的时间常数，表示第阶运动学参量在满足第阶运动学约束的条件下向第阶运动学参量过渡所需的最短时间，表示第阶运动学约束的上限值，表示第阶运动学约束的上限值；

13、所述时间最优条件为：

14、1；

15、其中，

n表示所述第一滤波器的数量。

16、可选地，根据所述固有模态频率确定第二滤波器组的第二时间常数序列，包括：

17、根据所述固有模态频率计算所述第二滤波器组中每个第二滤波器的第二时间常数：

18、

19、其中，表示所述机器人的第

j个固有模态频率，

m表示所述第二滤波器的数量。

20、可选地，所述第一时间常数序列表示为

n，所述第二时间常数序列表示为

m；根据所述第一时间常数序列和所述第二时间常数序列进行时间优化，包括l轮优化过程，，每一轮所述优化过程包括：

21、针对中的每个第二时间常数，遍历t中的每个第一时间常数，计算缩放系数，得到候选缩放系数集合；

22、从候选缩放系数集合中选择，使得：

23、；

24、将与作为匹配对，将纳入，并从t中删除；

25、在进行l轮所述优化过程后，将中剩余的元素和中未匹配的元素纳入，得到所述第三时间常数序列。

26、可选地，所述第三滤波器组中各级滑动滤波器的传递函数为：

27、；

28、其中，表示所述第三滤波器组中第

k级滑动滤波器的传递函数，表示所述第三滤波器组中第

k级滑动滤波器的时间常数，表示所述第三时间常数序列。

29、可选地，所述第三滤波器组中各级滑动滤波器的幅频响应函数为：

30、；

31、其中，表示截止频率，，表示所述第三滤波器组中第

k级滑动滤波器的时间常数，表示所述第三时间常数序列。

32、可选地，将所述阶跃信号输入至所述第三滤波器组中，利用所述第三滤波器组按照所述第三时间常数序列对所述阶跃信号进行逐级滤波处理，得到所述机器人的速度规划信息，包括：

33、根据所述待规划路径的总长度

h构建阶跃信号；

34、将所述阶跃信号输入所述第三滤波器组；

35、所述第三滤波器组中各级滑动滤波器按照所述第三时间常数序列中对应的时间常数对输入信号进行滑动平均滤波处理，将最后一级滑动滤波器输出的位移信号作为所述机器人的速度规划信息；其中，后一级滑动滤波器的输入为前一级滑动滤波器的输出。

36、根据本技术的第二方面，提供了一种机器人速度规划装置，包括：

37、数据获取单元，用于获取待规划路径的运动学约束信息和机器人的固有模态频率；

38、第一确定单元，用于根据所述运动学约束信息确定第一滤波器组的第一时间常数序列，并根据所述固有模态频率确定第二滤波器组的第二时间常数序列，其中，所述第一滤波器组包括多个用于处理运动学约束的滑动滤波器，所述第二滤波器组包括多个用于处理频率约束的滑动滤波器；

39、第二确定单元，用于根据所述第一时间常数序列和所述第二时间常数序列进行时间优化，得到第三滤波器组的第三时间常数序列，其中，所述第三滤波器组包括多个串联的滑动滤波器；

40、速度规划单元，用于将所述待规划路径的路径长度构建为阶跃信号，将所述阶跃信号输入至所述第三滤波器组中，利用所述第三滤波器组按照所述第三时间常数序列对所述阶跃信号进行逐级滤波处理，得到所述机器人的速度规划信息。

41、根据本技术的第三方面，提供了一种机器人，所述机器人采用上述的机器人速度规划方法进行速度规划。

42、根据本技术的第四方面，提供了一种可读存储介质，所述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上述的机器人速度规划方法。

43、应用本技术的技术方案，通过设置三组滤波器——第一滤波器组处理运动学约束、第二滤波器组处理频率约束、第三滤波器组为经时间优化后生成的串联滑动滤波器组，利用时间优化算法中的取整匹配机制将频率约束融入运动学最优解中，实现了在完整处理全部固有模态频率的同时保证速度规划的时间最优性，有效解决了机器人因多阶固有模态频率未被完整抑制而产生的末端振动问题，提升了机器人工作的精度和稳定性。