机器人轨迹规划ppt课件.ppt

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1、第3章机器人轨迹规划3.1机器人轨迹规划概述3.2插补方式分类与轨迹控制3.3机器人轨迹插值计算3.4机器人手部路径的轨迹规划第3章机器人轨迹规划3.1机器人轨迹规划概述一机器人轨迹的概念机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度和加速度。机器人在作业空间要完成给定的任务，其手部运动必须按一定的轨迹(trajectory)进行。轨迹的生成一般是先给定轨迹上的若干个点，将其经运动学反解映射到关节空间，对关节空间中的相应点建立运动方程，然后按这些运动方程对关节进行插值,从而实现作业空间的运动要求，这一过程通常称为轨迹规划。第3章机器人轨迹规划3.1机器人轨迹规划概

2、述二轨迹规划的一般性问题机器人的作业可以描述成工具坐标系{T}相对于工件坐标系{S}的一系列运动。例如,图3.1所示将销插入工件孔中的作业可以借助工具坐标系的一系列位姿Pi(i=1，2，…，n)来描述。这种描述方法不仅符合机器人用户考虑问题的思路,而且有利于描述和生成机器人的运动轨迹。第3章机器人轨迹规划3.1机器人轨迹规划概述图3.1机器人将销插入工件孔中的作业描述第3章机器人轨迹规划3.1机器人轨迹规划概述)三轨迹的生成方式运动轨迹的描述或生成有以下几种方式：(1)示教-再现运动。这种运动由人手把手示教机器人，定时记录各关节变量，得到沿路径运动时各关节的位移时间函数q(t)；再现时

3、，按内存中记录的各点的值产生序列动作.(2)关节空间运动。这种运动直接在关节空间里进行。由于动力学参数及其极限值直接在关节空间里描述，所以用这种方式求最短时间运动很方便。(3)空间直线运动。这是一种直角空间里的运动，它便于描述空间操作，计算量小，适宜简单的作业。(4)空间曲线运动。这是一种在描述空间中用明确的函数表达的运动，如圆周运动、螺旋运动等。四轨迹规划涉及的主要问题为了描述一个完整的作业，往往需要将上述运动进行组合。通常这种规划涉及到以下几方面的问题：(1)对工作对象及作业进行描述，用示教方法给出轨迹上的若干个结点(knot)。(2)用一条轨迹通过或逼近结点，此轨迹可按一定的原则

4、优化，如加速度平滑得到直角空间的位移时间函数X(t)或关节空间的位移时间函数q(t)；在结点之间如何进行插补，即根据轨迹表达式在每一个采样周期实时计算轨迹上点的位姿和各关节变量值。(3)以上生成的轨迹是机器人位置控制的给定值，可以据此并根据机器人的动态参数设计一定的控制规律。第3章机器人轨迹规划3.1机器人轨迹规划概述第3章机器人轨迹规划3.1机器人轨迹规划概述(4)规划机器人的运动轨迹时，尚需明确其路径上是否存在障碍约束的组合。一般将机器人的规划与控制方式分为四种情况，如表3.1所示。障碍约束有无路径约束有离线无碰撞路径规则+在线路径跟踪离线路径规划+在线路径跟踪无位置控制+在线障碍

5、探测和避障位置控制表3.1机器人的规划与控制方式本章主要讨论连续路径的无障碍轨迹规划方法。第3章机器人轨迹规划3.2插补方式分类与轨迹控制一插补方式分类路径控制不插补关节插补(平滑)空间插补点位控制PTP(1)各轴独立快速到达。(2)各关节最大加速度限制(1)各轴协调运动定时插补。(2)各关节最大加速度限制连续路径控制CP(1)在空间插补点间进行关节定时插补。(2)用关节的低阶多项式拟合空间直线使各轴协调运动。(3)各关节最大加速度限制(1)直线、圆弧、曲线等距插补。(2)起停线速度、线加速度给定，各关节速度、加速度限制表3.2路径控制与插补方式分类第3章机器人轨迹规划3.2插补方

6、式分类与轨迹控制二机器人轨迹控制过程机器人的基本操作方式是示教-再现，即首先教机器人如何做，机器人记住了这个过程，于是它可以根据需要重复这个动作。操作过程中，不可能把空间轨迹的所有点都示教一遍使机器人记住，这样太繁琐，也浪费很多计算机内存。实际上，对于有规律的轨迹，仅示教几个特征点，计算机就能利用插补算法获得中间点的坐标，如直线需要示教两点，圆弧需要示教三点，通过机器人逆向运动学算法由这些点的坐标求出机器人各关节的位置和角度(1,…,n)，然后由第3章机器人轨迹规划3.2插补方式分类与轨迹控制(续)后面的角位置闭环控制系统实现要求的轨迹上的一点。继续插补并重复上述过程,从而实现要求

7、的轨迹.机器人轨迹控制过程如图3.3所示。图3.3机器人轨迹控制过程第3章机器人轨迹规划3.3机器人轨迹插值计算一直线插补如图3.4所示。已知直线始末两点的坐标P0(X0，Y0，Z0)、Pe(Xe，Ye，Ze)及姿态，其中P0、Pe是相对于基坐标系的位置。这些已知的位置和姿态通常是通过示教方式得到的。设v为要求的沿直线运动的速度；ts为插补时间间隔。图3.4空间直线插补第3章机器人轨迹规划3.3机器人轨迹插值计算为减少实时计算量，示教完成后，可