四自由度关节型采摘机械手轨迹规划与实验研究.pdf

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1、机器人现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2013年第7期四自由度关节型采摘机械手轨迹规划与实验研究+王燕，张果，葛运旺(洛阳理工学院电气工程与自动化系，洛阳471023)摘要：根据黄瓜采摘作业需求，设计了一套四自由度关节型采摘机械手，并结合采摘机器人系统结构特点，提出了基于摆线运动的关节空间无碰轨迹规划算法。该方法不仅能使规划出的运动轨迹、速度和加速度连续平滑，保证机械手运动过程的平稳性；同时将采摘过程中遇到的障碍转换到关节空间进行处理，降低了规划求解的计算量，提高了系统实时性。详细描述了该算法的实现

2、步骤，并将其应用于温室环境下的黄瓜采摘作业，实验结果表明，四自由度关节型机械手在采摘黄瓜过程中运行稳定可靠，能顺利到达目标点进行采摘，不会碰撞其他果实；也不会出现与视觉系统发生干涉的现象，有效验证了所提出轨迹规划算法的合理性。关键词：机械手；轨迹规划；摆线运动；黄瓜采摘中图分类号：TP24文献标志码：A文章编号：1671—3133(2013)07—0027—05Trajectoryplanningandexperimentalresearchofthecucumber-l-●l·pickingmanipulatorWangYan，Zhang

3、Guo，GeYunwang(DepartmentofElectricalEngineeringandAutomation，LuoyangInstituteofScienceandTechnology，Luoyang471023，Henan，China)Abstract：Accordingtothedemandsofcucumberpickingtask，anarticulatedpickingmanipulatorwithfourrotaryjointsisde．signed，andacollision-freetrajectoryplan

4、ningalgorithminjointspacebasedoncycloidalmotionisproposedbyconsideringthestructurecharacteristicsofthepickingrobotsystem．Theplannedcurvesofdisplacement、velocityandaccelerationbasedontheproposedmethodaresmoothandcontinuous，whichcouldensurestabilityofthemanipulatorduringmovi

5、ng；moreover，itcanre．ducethecomputationalcomplexityandimprovethereal-timeperformanceofthesystembytransformingobstaclesintothejointspacetodealwith．Therealizingstepsoftheproposedmethodaredescibedindetail，andit’sappliedtothepracticalworkofpickingcucumbersinthegreenhouse，experi

6、mentalresultsshowthatthemanipulatorCanmovestablyandreliablyduringpickingoperationprocess，andCanalsomovetothetargetcucumbersuccessfullywithoutcollisionwithothercucumbersandvisionsys．tem，whichcouldeffectivelyvalidatethereasonabilityoftheproposedmethod．Keywords：manipulator；tr

7、ajectoryplanning；eyeloidalmotion；cucumberpicking0引言轨迹规划是根据作业要求，对机器人的任务、运动路径和轨迹进行描述，并研究运动过程中位移、速度和加速度的生成方法¨J。轨迹规划是机器人运动控制的依据，直接影响着控制的准确性和快速性。轨迹规划既可以在关节空间进行，也可在笛卡尔空间进行，但是所规划的轨迹函数必须连续平滑，从而保证机器人系统的平稳运行。由于在关节空间进行规划·河南省教育厅自然科学研究计划项目(12A510018)时，规划函数生成的关节值可直接用于控制机器人运动，便于根据设计需求实时调

8、整轨迹；并且可以避免奇异性问题，因此，关节空间的轨迹规划应用更为广泛。文献[2]分别采用三次多项式和五次多项式对六自由度机械臂进行关节空间的轨迹规划，分析比较表明五次多项式的轨迹