基于六自由度机械臂的轨迹规划.pdf

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1、·电气技术与自动化·谢乃流，等·基于六自由度机械臂的轨迹规划基于六自由度机械臂的轨迹规划谢乃流，陈劲杰，石岩(上海理工大学机械工程学院，上海200093)摘要：针对机械臂运动过程中速度和加速度的运动连续性问题，基于六自由度机械臂关节空间的三次多项式轨迹规划，提出了一种过多路径点的轨迹规划的算法。为保持机械臂运动过程中各关节的速度和加速度的运动连续性，通过时间归一化方法来求解，不仅简化了求解过程，还提高了计算效率。数字仿真结果表明此方法的可行性。关键词：机械臂；轨迹规划；时间归一化中图分类号：TP241文献标志码：B文章编号：1671—5276

2、(2011)0l-0141-04TrajectoryProjectBasedon6-DOFManipulatorXIENai—liu．CHENJin—jie．SHIYah(UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：Tosolvethemovementcontinuityproblemofvelocityandaccelerationinthemovementofmanipulator，atrajectoryplan-ningalgorit

3、hmofpassmulti-points．basedontrajectoryplanningofcubicpolynomialof6-DOFmanipulator'sjointsspace，ispresen‘ted．Tomaintaineachjointsvelocityandaccelerationofmovementcontinuityinthemovementofmanipulator，thetimenormalizationmethodisusedtosolvetheproblem，itsusenotonlysimplifiesthe

4、calculationprocess，butalsoimprovesthecomputationaleficien—cy．Digitalsimulationresultsshowthefeasibilityofthismethod．Keywords：manipulator；trajectoryplanning；timenormalization高了计算的效率。0引言1．1时间归一化机器人机械系统在运动过程中必须遵循一个原则，就由于在每个关节经过n点的过程中要确定(rt一1)段是运行过程尽量平滑，也就是要避免位置、速度和加速度轨迹，为简化轨迹算

5、法，需引用归一化时间变量t∈[0，1]，的突变j。轨迹规划是根据作业任务的要求，计算出预此方法将时间变化范围定义在t。：0(各段轨迹初始时间)期的运动轨迹．机器人轨迹规划的目的在于设计一个具到=1(各段轨迹终止时间)，这样就可以以同样的方法处有稳定性的算法以实现对机器人的控制，轨迹规划的好坏理每个关节(rt一1)段的轨迹方程。定义以下变量：直接影响着机器人控制的准确性和快速性J．机械臂的t——归一化时间变量，t0，1]；轨迹规划问题与机械臂的性能息息相关，而机械臂运动的f——实际时间，s；速度和加速度对机械臂的性能有着深远的影响，因此，在f—

6、—第i段轨迹终点的实际时间；机械臂运动过程中，机械臂各个关节的速度和加速度的运t：f一f一。——通过第i段轨迹所需的实际时间；动平稳性直接作用于机械臂的性能，而有效的轨迹规划能f=——fE[f，f]，￡∈[0，1]。时间归一化够确保机械臂运动过程中能保持速度和加速度的运动平l一一1稳性。机械臂在关节空间中的轨迹规划的通常采用两种后的三次多项式：实现方法：三次多项式式和五次多项式轨迹规划方法。本y=Ao+Alt+A2t+A3t(1)文介绍了三次多项式轨迹规划方法对六自由度机械臂通1．2约束条件过空间Tt个点进行轨迹规划，同时运用当n=6时来进行

7、检验，并用Matlab进行仿真。利用三次多项式插值方法使机械臂末端执行器通过空间指定n个轨迹点时，机械臂每个关节要通过(n一1)1算法概述个运动段，有4X(n一1)个系数需要确定。对应的要有4X(n一1)个约束条件。其中设定各运动点的位置已知(n利用三次多项式插值法，对经过空间n点轨迹进行规个点)，起始点和终点的速度为0(2个约束)，各运动段位划，，使其在运动过程中保持速度和加速度连续。该算法置连续(n一2个约束)，各运动段速度连续(n一2个约实现了对(n一1)段3次多项式每一段的系数进行求解，束)，各运动点加速度连续(n一2个约束)。这样一

8、共有n并采用了时间归一化的方法，简化了求解的过程，大大提+2+(n一2)+(n一2)+(n一2)=4n一4个约束条件，可作者简介：谢乃流(1983一)，男，广西防城