机器人空间轨迹规划

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1、如何实现机器人的空间轨迹规划课程名称：机器人技术基础小组成员：吴小虎杜鹏秦潘段志超2014年10月9目录一、轨迹规划的基本概念：31、概念：32、分类：3二、课内内容完善:31、关节空间的轨迹规划3⑴三次多项式插值方法：3①路径点有停留4②过路径点：4③用两条三次曲线连接过渡：5⑵高阶多项式插值：6⑶直线插值：7⑷用抛物线过渡的线性插值7⑸过路径点的用抛物线过渡的线性插值82、笛卡儿直角坐标空间的轨迹规划8三、机器人前沿相关问题…………………………………………………….81、最优轨迹规划：9⑴时间最优轨迹规划：8⑵能量最优：8

2、⑶冲击最优轨迹规划：92、机器人的路径规划一般方法93、自主移动机器人的导航问题…………………………………………..9参考资料109一、轨迹规划的基本概念：1、概念：轨迹规划：轨迹规划方法分为两个方面：对于移动机器人偏向于意指移动的路径轨迹规划，如机器人是在有地图条件或是没有地图的条件下，移动机器人按什么样的路径轨迹来行走；对于工业机器人则意指两个方向，机械臂末端行走的曲线轨迹，或是操作臂在运动过程中的位移、速度和加速度的曲线轮廓。2、分类：（1）运动类型：常见的工业机器人作业有两种：点位作业（PTP=point-to-poi

3、ntmotion）连续路径作业（continuous-pathmotion），或者称为轮廓运动（contourmotion）。（2）轨迹规划类型：关节空间的轨迹规划；笛卡儿直角坐标空间的轨迹规划。二、课内内容完善:1、关节空间的轨迹规划⑴三次多项式插值方法：①路径点有停留9速度：加速度：初始终点条件为：初始角度和终点角度已知，初始转速和终点转速已知②过路径点：对于只有一个中间路径点的机器人作业，其路径点处的关节加速度连续。可以用两个三次多项式分两段插补（[0，tf1],[0,tf2]两段）初始终止条件为：带入公式可得：9③用两

4、条三次曲线连接过渡：初始条件：9带入可得：⑵高阶多项式插值：初始条件：起始点与终点的初始角和转速和角加速度带入可得：9⑶直线插值：单纯线性插值将导致在结点处关节运动速度不连续，加速度无限大。⑷用抛物线过渡的线性插值在使用线性插值时，把每个结点的邻域内增加一段抛物线的“缓冲区段”，从而使整个轨迹上的位移和速度都连续。⑸过路径点的用抛物线过渡的线性插值91、笛卡儿直角坐标空间的轨迹规划一、机器人前沿相关问题1、最优轨迹规划：⑴时间最优轨迹规划：指以时间最短作为性能指标，并在满足各种约束的条件下优化机器人的运动轨迹，使机器人沿规定路

5、径运动的时间最短。⑵能量最优：适合于机器人电源供应受到限制的场合，此时利用能量法进行轨迹规划，产生光滑轨迹是非常理想的。9⑶冲击最优轨迹规划：机器人运动过程中的冲击不但会影响运动轨迹的光滑性和精确度，而且会损耗零部件，降低使用寿命，因此冲击最优轨迹规划的研究同样也是非常有意义。2．机器人的路径规划一般方法基于模型的方法有：c-空间法、自由空间法、网格法、四叉树法、矢量场流的几何表示法等。相应的搜索算法有A*、遗传算法等。基于传感器的路径规划：全局路径规划（GlobalPathPlanning）和局部路径规划（LocalPath

6、Planning）3．自主移动机器人的导航问题（1）“我现在何处？”；（2）“我要往何处去？”；（3）“要如何到该处去？”。局部路径规划主要解决（1）和（3）两个问题，即机器人定位和路径跟踪问题；方法主要有：人工势场法、模糊逻辑算法等。全局路径规划主要解决（2），即全局目标分解为局部目标，再由局部规划实现局部目标。主要有：可视图法、环境分割法（自由空间法、栅格法）等；参考资料1)机器人技术基础，熊有伦，华中科技大学出版社2)移动机器人技术基础与制作，张毅罗元徐晓东，哈尔滨工业大学出版社3)百度文库机器人相关论文9