机器人学及其智能控制第8章-工业机器人的轨迹规划课件.ppt

机器人学及其智能控制第八章 工业机器人的轨迹规划工工业机器人的机器人的轨迹迹规划划关节空间描述与直角坐标空间描述考虑一个六轴机器人从空间位置A点向B点运动。使用第2章中导出的机器人逆运动学方程，可以计算出机器人到达新位置时关节的总位移，机器人控制器利用所算出的关节值驱动机器人到达新的关节值，从而使机器人操作臂运动到新的位置。采用关节量来描述机器人的运动称为关节空间描述。正如后面将看到的，虽然在这种情形下机器人最终将移动到期望位置，但机器人在这两点之间的运动是不可预知的。工工业机器人的机器人的轨迹迹规划划假设在A、B两点之间画一直线，希望机器人从A点沿该直线运动到B点。为达到此目的，须将图8.1中所示的直线分为许多小段，并使机器人的运动经过所有中间点。为完成这一任务，在每个中间点处都要求解机器人的逆运动学方程，计算出一系列的关节量，然后由控制器驱动关节到达下一目标点。当所有线段都完成时，机器人便到达所希望的B点。然而在该例中，与前面提到的关节空间描述不同，这里机器人在所有时刻的位姿运动都是已知的。机器人所产生的运动序列首先在直角坐标空间中进行描述，然后转化为关节空间描述。由这个简单例子可以看出，直角坐标空间描述的计算量远大于关节空间描述，然而使用该方法能得到一条可控且可预知的路径。工工业机器人的机器人的轨迹迹规划划工工业机器人的机器人的轨迹迹规划划工工业机器人的机器人的轨迹迹规划划关节空间的轨迹规划 本节将研究以关节角的函数来描述轨迹的生成方法。每个路径点通常是用工具坐标系T相对于工作台坐标系S的期望位姿来确定的。应用逆运动学理论，将中间点“转换”成一组期望的关节角。这样，就得到了经过各中间点并终止于目标点的n个关节的光滑函数。对于每个关节而言，由于各路径段所需要的时间是相同的，因此所有的关节将同时到达各中间点，从而得到T在每个中间点上的期望的笛卡儿位置。尽管对每个关节指定了相同的时间间隔，但对于某个特定的关节而言，其期望的关节角函数与其他关节函数无关。因此，应用关节空间规划方法可以获得各中间点的期望位姿。尽管各中间点之间的路径在关节空间中的描述非常简单，但在笛卡儿坐标空间中的描述却很复杂。一般情况下，关节空间的规划方法便于计算，并且由于关节空间与笛卡儿坐标空间之间并不存在连续的对应关系，因而不会发生机构的奇异性问题。工工业机器人的机器人的轨迹迹规划划工工业机器人的机器人的轨迹迹规划划工工业机器人的机器人的轨迹迹规划划工工业机器人的机器人的轨迹迹规划划以上过程可以简化为如下的计算循环。（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）利用机器人逆运动学方程计算出对应手位姿的关节量。（4）将关节信息送给控制器。（5）返回到循环的开始。在工业应用中，最实用的轨迹是点到点之间的直线运动，但也经常碰到多目标点（例如有中间点）间需要平滑过渡的情况。