随车吊机械臂的吊装轨迹规划方法

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1、第３３卷第５期长春工业大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．５２０１２年１０月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｏｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｏｃｔ．２０１２随车吊机械臂的吊装轨迹规划方法李元春，任晓琳（长春工业大学电气与电子工程学院，吉林长春１３００１２）摘要：针对８自由度随车吊吊运作业中的抓取段路径规划问题，通过任务描述建立了其运动学模型，提出了一种笛卡尔空间的Ｓ型速度规划与关节空间的六次多项式插值相结合的方法进行轨迹规划，并进行了仿真分析。研究结

2、果表明，该方法能够按照预定路径运动，运动过程平稳无振动，并且具有较高精度。关键词：随车吊；运动分析；轨迹轨迹；Ｓ型速度；六次多项式插值中图分类号：ＴＰ２７３文献标志码：Ａ文章编号：１６７４－１３７４（２０１２）０５－０５４３－０５ＨｏｉｓｔｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇｆｏｒａｎｏｎｂｏａｒｄｃｒａｎｉｎｇｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒＬＩＹｕａｎ－ｃｈｕｎ，ＲＥＮＸｉａｏ－ｌｉｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈ

3、ｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇｆｏｒ８ＤＯＦｏｎｂｏａｒｄｃｒａｎｉｎｇｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈｏｉｓｔｉｎｇｍｏｔｉｏｎ，ｔｈｅｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｍｏｄｅｌｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａａｐｐｒｏａｃｈｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅＳ－ｓｈａｐｅｄｓｐｅｅｄｍｅｔｈｏｄｉｎＣａｒｔｅｓｉａｎｓｐａｃｅａｎ

4、ｄｓｉｘｔｉｃｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｅｊｏｉｎｔｓｐａｃｅ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｍａｋｅｓａｓｍｏｏｔｈｍｏｖｉｎｇｗｉｔｈａｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｐａｔｈｗｉｔｈｏｕｔｊｉｔｔｅｒ，ａｎｄａｌｓｏｈａｓｈｉｇｈｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｎｂｏａｒｄｃｒａｎｉｎｇｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓ；ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇ；Ｓ－ｓ

5、ｈａｐｅｄｓｐｅｅｄ；ｓｉｘｔｉｃｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ．数引入目标函数，并在目标函数中加入执行时间，０引言［２］以此约束速度、加速度等信息。王艳君等利用机械臂的路径设计可以分别从笛卡尔空间和三角Ｂｅｚｉｅｒ函数代替样条函数中的多项式函数，关节空间进行规划，笛卡尔空间的轨迹规划方法对机械臂进行轨迹规划，该方法能够实现样条曲可以精确规划路径曲线，且效果直观；但是，机械线的二阶导数和三阶导数连续，从而保证运动的臂的控制系统是通过驱动关节运动来实现末端执平稳和连续。任敬轶、孙汉旭在文献［３］中利用螺

6、行器的运动方式，所以，更多的情况下都在关节空旋理论的ＰＯＥ公式和样条函数拟合空间曲线，分间进行轨迹规划。别对位置和姿态进行规划，增加了规划的灵活性，在关节空间进行规划时，大量工作是对关节实验证明了方法的有效性。此外，还有许多学者［１］［４－６］变量的插值运算。Ｇａｓｐａｒｅｔｔｏ采用５次Ｂ样条采用多项式插值以及正弦和余弦函数等混合函数进行规划，为保证轨迹平滑，将速度的二阶导插值的方法进行轨迹规划。收稿日期：２０１２－０７－０５基金项目：吉林省科技发展计划基金资助项目（２０１１０７０５）５４４长春工业大学学报（自然科学

7、版）第３３卷随车吊机械臂的吊装过程对路径和姿态的变化有较严格的限制，必须在笛卡尔空间进行轨迹规划研究，但是可用的控制算法都是建立在关节坐标基础上的。因此，笛卡尔空间路径规划需要在笛卡尔坐标和关节空间之间进行实时变换。文中采用笛卡尔空间的Ｓ型速度规划与关节空间的六次多项式插值法相结合的方法，对吊装过程中图２机械臂模型简图的抓取段轨迹进行规划。随车吊的基座是一个绕ｚ轴方向旋转的自由１问题描述度，其目的是调节随车吊抓取包装箱的空间位置文中研究的随车吊属于８自由度关节式机械指向，即控制转运角度；为使随车吊到达较远的目臂，机械

8、臂装载在车辆的尾部，主要用于吊装大载标位置，随车吊不仅需要两个转动关节（自由度２荷物体，完成物体在该车和运输车之间的转载任和３），还增加了三段式的伸缩臂（自由度４，５和务，如图１所示。６）来扩大工作范围。在随车吊上建立每个关节的坐标系，规定ｚｉ轴为连杆ｉ的轴线方向，ｘｉ轴在垂直于ｚｉ轴的方向上，ｙｉ轴是ｘｉｏｚｉ平面的法线方向且满足右手法则；定