Reflexxes运动规划库简介

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概述

Reflexxes（全称为Reflexxes Motion Library，简称RML）是一个开源（Type-II开源， Type-IV商业库）的在线运动轨迹生成库，具有众多优点使其可以应用于机器人、数控机床和伺服驱动系统等领域，V-REP中集成了RML-Type-IV,目前Reflexxes公司已经被谷歌收购。

Reflexxes算法库结构

概述

基本结构如下

framework

Type-II和Type-IV相差加加速度的边界条件和加速度输出

type-ii

type-iv

Reflexxes的在线轨迹生成算法主要分为以下三步：

  • Step 1: 计算同步时间
  • Step 2: 同步所选的轴
  • Step 3: 计算输出数值

由于仅有Type-II开源以下仅涉及Type-II相关内容

接口层

  • ReflexxesAPI是唯一的用户接口类非常紧凑，用它的两个方法ReflexxesAPI::RMLPosition来执行基于位置的在线轨迹生成算法和ReflexxesAPI::RMLVelocity用于基于速度的算法
  • RMLInputParameters：包含RMLPositionInputParameters和RMLVelocityInputParameters，用于输入参数
  • RMLOutputParameters：包含RMLPositionOutputParameters和RMLVelocityOutputParameters，用于输出参数
  • RMLFlags包含：RMLPositionFlags和RMLVelocityFlags，用于在线轨迹规划算法的参数化标记，如同步方式（无同步non-synchronized、时间同步time-synchronized、相位同步phase-synchronized）等
  • RMLVector：数组类

算法层

包含实际的Type-II在线轨迹生成算法，提供给ReflexxesAPI使用，其中包含了数学层中提供的决策树TypeIIRMLDecisionTree

  • TypeIIRMLPosition：ReflexxesAPI::RMLPosition，实际调用的是TypeIIRMLPosition::GetNextStateOfMotion
  • TypeIIRMLVelocity：ReflexxesAPI::RMLVelocity，实际调用的是TypeIIRMLVelocity::GetNextStateOfMotion

数学层

TypeIIRMLPosition和TypeIIRMLVelocity类所需的数学函数集合，包含：

  • TypeIIRMLMath::MotionPolynomials：三个TypeIIRMLPolynomial数组（Pos、Vel、Acc）
  • TypeIIRMLMath::TypeIIRMLPolynomial：三阶多项式

示例代码

基本的三轴规划示例代码：

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#define CYCLE_TIME_IN_SECONDS                   0.001
#define NUMBER_OF_DOFS                          3

int main()
{
// 变量声明
    int                         ResultValue                 =   0       ;
    ReflexxesAPI                *RML                        =   NULL    ;
    RMLPositionInputParameters  *IP                         =   NULL    ;
    RMLPositionOutputParameters *OP                         =   NULL    ;
    RMLPositionFlags            Flags                                   ;
// 初始化
    RML =   new ReflexxesAPI(NUMBER_OF_DOFS, CYCLE_TIME_IN_SECONDS);
    IP  =   new RMLPositionInputParameters(NUMBER_OF_DOFS);
    OP  =   new RMLPositionOutputParameters(NUMBER_OF_DOFS);
// 输入参数
    IP->CurrentPositionVector->VecData      [0] =    100.0      ;
    IP->CurrentPositionVector->VecData      [1] =      0.0      ;
    IP->CurrentPositionVector->VecData      [2] =     50.0      ;

    IP->CurrentVelocityVector->VecData      [0] =    100.0      ;
    IP->CurrentVelocityVector->VecData      [1] =   -220.0      ;
    IP->CurrentVelocityVector->VecData      [2] =    -50.0      ;

    IP->CurrentAccelerationVector->VecData  [0] =   -150.0      ;
    IP->CurrentAccelerationVector->VecData  [1] =    250.0      ;
    IP->CurrentAccelerationVector->VecData  [2] =    -50.0      ;

    IP->MaxVelocityVector->VecData          [0] =    300.0      ;
    IP->MaxVelocityVector->VecData          [1] =    100.0      ;
    IP->MaxVelocityVector->VecData          [2] =    300.0      ;

    IP->MaxAccelerationVector->VecData      [0] =    300.0      ;
    IP->MaxAccelerationVector->VecData      [1] =    200.0      ;
    IP->MaxAccelerationVector->VecData      [2] =    100.0      ;

    IP->MaxJerkVector->VecData              [0] =    400.0      ;
    IP->MaxJerkVector->VecData              [1] =    300.0      ;
    IP->MaxJerkVector->VecData              [2] =    200.0      ;

    IP->TargetPositionVector->VecData       [0] =   -600.0      ;
    IP->TargetPositionVector->VecData       [1] =   -200.0      ;
    IP->TargetPositionVector->VecData       [2] =   -350.0      ;

    IP->TargetVelocityVector->VecData       [0] =    50.0       ;
    IP->TargetVelocityVector->VecData       [1] =   -50.0       ;
    IP->TargetVelocityVector->VecData       [2] =  -200.0       ;

    IP->SelectionVector->VecData            [0] =   true        ;
    IP->SelectionVector->VecData            [1] =   true        ;
    IP->SelectionVector->VecData            [2] =   true        ;

// 迭代运算
    while (ResultValue != ReflexxesAPI::RML_FINAL_STATE_REACHED)
    {
// 获取下一周期状态
        ResultValue =   RML->RMLPosition(*IP, OP, Flags);
// 更新当前状态
        *IP->CurrentPositionVector      =   *OP->NewPositionVector      ;
        *IP->CurrentVelocityVector      =   *OP->NewVelocityVector      ;
        *IP->CurrentAccelerationVector  =   *OP->NewAccelerationVector  ;
    }
    delete  RML         ;
    delete  IP          ;
    delete  OP          ;
    exit(EXIT_SUCCESS)  ;
}

参考