机器人运动轨迹规划

机器人运动轨迹规划第1页/共47页一概述什么叫轨迹规划？为什么要进行轨迹规划？通常，轨迹规划分为哪几类？轨迹规划与运动学的关系轨迹规划与控制系统的关系第2页/共47页什么叫轨迹规划？确定机器人的手部或关节在起点和终点之间所走过的路径、在各路径点的速度、加速度，这项工作称为轨迹规划。第3页/共47页第4页/共47页第5页/共47页为什么要进行轨迹规划？为了使机器人完成规定的任务。为了使机器人末端执行器从起始位姿达到终点位姿，需要规定运动路径、中间点的速度及加速度。第6页/共47页通常，轨迹规划分为哪几类？通常，轨迹规划分为关节空间轨迹规划和直角坐标空间轨迹规划两种。关节空间轨迹规划是对各关节的运动进行规划；直角坐标空间轨迹规划是对末端手的位姿轨迹进行规划。第7页/共47页轨迹规划与运动学的关系直角坐标空间的轨迹规划要依靠逆运动学不断将直角坐标转换为关节角度。此关节角度即是该关节控制系统的期望值。第8页/共47页轨迹规划与运动学的关系轨迹规划过程中不断应用逆运动学，把手部的直角坐标转化为关节坐标第9页/共47页轨迹规划与控制系统的关系轨迹规划的结果，即关节角的大小要作为关节控制系统的命令。第10页/共47页轨迹规划与控制系统的关系第11页/共47页二轨迹规划的基本原理

关节空间轨迹规划直角坐标空间轨迹规划具有中间点的轨迹规划第12页/共47页关节空间轨迹规划(1)第13页/共47页关节空间轨迹规划(2)第14页/共47页直角坐标空间轨迹规划不考虑加速段减速段的情况等加速等减速情况第15页/共47页直角坐标空间轨迹规划(1)第16页/共47页直角坐标空间轨迹规划(2)第17页/共47页以二连杆机器人为例介绍直角坐标轨迹规划的过程由Ａ到Ｂ点，走一条直线。已知Ａ、B点的直角坐标。要求确定中间点的坐标。求出直线方程。按某种方法求出中间点２、３、４、５的直角坐标，如按等长法插补。用逆运动方程计算各直角坐标点对应的关节角。第18页/共47页具有中间点的轨迹规划(1)第19页/共47页具有中间点的轨迹规划(2)第20页/共47页三关节空间轨迹规划三次多项式轨迹规划五次多项式轨迹规划抛物线过渡的线性运动轨迹规划高次多项式运动轨迹规划第21页/共47页三次多项式轨迹规划第22页/共47页例５．１要求一个５轴机器人的第一关节在５秒之内从初始角３０度运动到终端角７５度，用三次多项式计算在第１、２、３、４秒时的关节角。第23页/共47页第24页/共47页五次多项式轨迹规划第25页/共47页例５．２(计算待定系数解方程组时，考虑运用MATLAB)第26页/共47页第27页/共47页抛物线过渡的线性运动轨迹规划第28页/共47页起始段抛物线第29页/共47页末段抛物线第30页/共47页例第31页/共47页第32页/共47页高次多项式运动轨迹规划第33页/共47页４－３－４轨迹第34页/共47页第35页/共47页４３４轨迹例子第36页/共47页第37页/共47页第38页/共47页四直角坐标空间的轨迹规划所有用于关节空间的轨迹规划方法都可以用于直角坐标空间轨迹规划。直角坐标轨迹规划必须不断进行逆运动学运算，以便及时得到关节角。这个过程可以归纳为以下计算循环：（１）将时间增加一个增量；（２）利用所选择的轨迹函数计算出手的位姿；（３）利用逆运动学方程计算相应的关节变量；（４）将关节变量信息送给控制器；（５）返回到循环的开始。第39页/共47页第40页/共47页第41页/共47页第42页/共47页第43页/共47页第44页/共47页第45页/共47页五连续轨迹记录当机器人完成的任务太过复杂或其运动轨迹很难用直线或其他高次多项式来产生时，如机器人完成喷涂