一种五自由度机械手直线轨迹规划方法研究.pdf

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1、一种五自由度机械手直线轨迹规划方法研究刘通，唐国元，黄道敏(1．华中科技大学船舶与海洋工程学院，湖北武汉430074；2．空军预警学院，湖北武汉430010)StudyofLinearTrajectoryPlanningMethodforFive——freedomRobotLIUTong，TANGGuoyuan，HUANGDaomin(1．SchoolofNavalArchitectureandOceanEngineering，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，C

2、hina；2．AirForceEarly—warningAcademyofPLA，Wuhan430010，China)摘要：针对一种有特定作业要求的五自由度机Keywords：robot；workspace；straighttrajec械手进行了轨迹规划研究。在运动学模型和工作torygeneration；BDJP空间的基础上，根据机械手末端的直线运动需求，不失一般性，设定所研究机械手的末端直线轨迹，0引言分析了相应的轨迹规划的约束条件并建立约束方程。得到了在轨迹生成过程中各关节角和末端执机械手的轨迹，指操作臂在机械手运动过程中行器作

3、业中心的对应关系。详细分析了2种轨迹规的位移、速度和加速度。轨迹规划是根据作业任务划的算法，即多项式线性插值法和有界偏差关节路的要求，计算预期的运动轨迹n]，也就是求出每个关径法(BDJP)。并用这2种方法对机械手末端作业节的关节角度随时间的变化函数。因此，针对一种所需要的直线轨迹进行了仿真，给出仿真结果。有特殊作业要求的五自由度机械手，进行了三维空关键词：机械手；工作空间；直线轨迹规划；有间的连续直线轨迹规划研究。机械手须满足对作界偏差关节路径法业目标实现直线插拔或者旋进旋出动作，机械手末中图分类号：TP241．2端执行器的姿态在运

4、动过程中保持不变。连续直文献标识码：A线轨迹规划，是在末端执行器保持姿态的情况下要文章编号：1001—2257(2014)12—0008—04求机械手末端执行器时刻按照预定直线轨迹匀速Abstract：Trajectoryplanningforafive—DOF运动。在计算得出的工作空问的基础上，详细研究manipulatorisstudiedinthispaper．Onthebasis了末端执行器沿直线轨迹运动过程中各个关节角ofthekinematicmodelandworkspace，according随时间的变化函数。分别用预

5、先解算关节变量解tolinearmotionneedsofmanipulatorends，a和实时解算关节变量2种算法对该模型进行了仿真straighttrajectorywassettoanalyzeconstraint研究。andconstraintsequationswereestablished．The1机械手系统及功能correspondencebetweeneachjointangleandendeffectoroperationscenterwasobtainedinthetraj—机械手具有五自由度6功能。作业动作由大

6、臂的摆动、大臂俯仰、中臂俯仰、小臂俯仰、手腕的旋ectorygenerationprocess．DetailsofthetWOkindoftrajectoryplanningalgorithmwereintroduced，转和手爪的夹持等动作组合组成，三维模型如图1thatispolynomialinterpolationandbounddevia—所示。tionjointpath．Astraightpathwhichisusedinactualoperationwassimulatedwiththetwoalgo—rithmsand

7、theresultwasshown．收稿日期：2014—08—18基金项目：国家科技重大专项资助项目(2011ZX05027—004—02—03)图1机械手结构·8·《机械与电子}2014(12)一种五根据实际作业要求，结合图2，对要求作出具体的变换矩阵说明，即末端执行器须沿直线AB运动，实现插拔功一Cls2+3+4s5十slc—C12+3+4f5一S1S5C1C2+3+4能；末端执行器沿直线AB前进或者后退的速度一S12+3+45一f1f5一1s2+3+4C5—rf1551f2+3+42T=和腕关节旋转速度，须满足关系叫一tv(t是

8、不为零一C2+3+4S5一C2+3+4C5一S2+3+4的常数)，实现旋进旋出螺栓的功能；末端执行器轴O0O线始终与AB连线方向保持一致。500clC2+3+4+473c1c2+3+534c1C2+86c1500s1C2