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《基于B样条路径的机器人时间最优轨迹规划_钱东海 1998.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、第32卷第12期上海交通大学学报Vol.32No.121998年12月JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYDec.1998*基于B样条路径的机器人时间最优轨迹规划钱东海,谭伟,赵锡芳(上海交通大学机器人研究所)摘要现代制造业要求机器人不仅能够实现常规的PTP运动和简单的CP运动,而且还能够沿着任意特定路径进行高速运动.为此,对沿着特定路径运动的机器人的时间最优轨迹规划问题作深入研究,成功地运用了三次B样条对由一系列离散路径点组成的机器人特定路径进行了逼近,并利用动态规划方法,沿着逼近所得
2、的机器人路径,对机器人进行了时间最优轨迹规划,从而保证机器人在不偏离原有路径的基础上,实现时间最优运动.通过计算机仿真实验,证明算法可行,效率较高.关键词机器人;轨迹规划;时间最优;动态规划;B样条中图法分类号TP241;TP242TimeOptimumTrajectoryPlanningforRobotsBasedonB-SplinePathQianDonghai,TanWei,ZhaoXifangResearchInstituteofRobotics,ShanghaiJiaotongUniversity,ChinaA
3、bstractInmodernmanufacturing,robotsshouldnotonlybecapableofmovinginconventionalPTPmannerandsimpleCPmanner,butalsobecapableofmovingalongaspecifiedpathofarbitraryshapeathighvelocity.Tosatisfysuchdemand,aprofoundresearchaboutthetimeoptimumtrajecto-ryplanningofrobots
4、alongaspecifiedpathiscarriedoutinthispaper.Thespecifiedpathisassumedtobecomposedofaseriesofdiscretepathpoints,andthewholetimeoptimumtrajectoryplanningisdecomposedintotwosteps.First,cubeB-splineisemployedtoapproachthesediscretepathpoints.Then,dynamicprogrammingmet
5、hodisemployedtogenerateatimeoptimumtrajectoryalongtheB-splinepath.Withthealgorithm,therobotisguaranteedtomoveinanoptimalmannerandnotdeviatefromitsoriginalpath.Thealgorithmhasbeenprovedtobefeasibleandeffectivebythesimulations.Keywordsrobot;trajectoryplanning;timeo
6、ptimum;dynamicprogramming;B-spline由于机器人控制中的非线性和强耦合,故机器人控制通常分两级进行,即机器人运动规划和机器人伺服跟踪.机器人运动规划通常又可分为路径规划和轨迹规划上下两级:路径规划用于在机器人操作空间或关节空间中产生一无碰撞的几何路径;轨迹规划用于产生机器人沿着该几何路径运动至各点处的时间序列.机器人伺服跟踪用于实现机器人各关节精确而实时地对规划出的轨迹进行伺服跟踪.目前,绝大多数机器人控制中,通常只能实现PTP运动和种类有限的CP运动(如直线运动和圆弧运动).但随着高性能机
7、器的逐步应用及作业复杂程度的增加,更要求机器人能够沿着任意特定路径进行高速运动.目前部分学者对沿着特定路径运动的机器人时间最优控制问题进行了比较深入的研究.Bobrow收稿日期:1998-05-10*863网点基金(863-512-20-04)和中日合作基金资助项目钱东海:男,1971年生,博士生.邮编:20003030上海交通大学学报第32卷[1,2]和Shin等利用机器人操作臂的动力学方程,建立了考虑机器人动力学特性的时间最优轨迹规划算法.但通常在机器人控制中,因动力学方程求解过程中计算量大,以及动力学方程参数难以精
8、确确定使得上述算法很难应用于实际工作.故在本文的算法中,假定机器人各关节具有确定的极限上限加速度和[3]极限上限速度(通常这些数据可通过实验取得),同时假定机器人已通过路径规划,在机器人的关节空间中形成一无碰撞的运动路径,并依据常规假定该路径由关节空间中的一系列离散路径点构成.本文所要解决的问题是:沿着该离散路径点组
