文档介绍：独创性声明
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摘 要
多关节工业串联机器人在国内的发展起步相对较晚,相比于世界发达的国家技术上还存有一定的距离。任务空间的轨迹插补是机器人运动控制的关键技术之一,该插补算法的好坏直接影响着机器人的工作精度和工作效率。同时,任务空间轨迹插补涉及到任务空间轨迹与关节空间轨迹的映射问题,由于机器人连杆结构的限制,二者之间的映射关系十分复杂。
本文以六自由度工业机器人为平台,分析了机器人运动学,对该类型机器人的奇异性做了深入分析。针对传统轨迹插补算法存在效率低、实时性差的问题, 本文将轨迹插补算法抽象成三层进行设计研究,包括速度规划层、路径构造层、前瞻速度控制层。在速度规划层,以高性能的 S 型速度控制曲线作为核心速度规划算法;在路径构造层,将空间路径分为位置路径、姿态路径和过渡路径三个方面进行研究,提出了效率高和实用性强的任务空间轨迹规划算法,提出用直线与圆弧的微小段组合解决空间位置轨迹的平滑过渡问题和采用轴-角对分离线性插值构造机器人姿态轨迹及姿态过渡轨迹;在前瞻速度控制层,设计用粗插补和精细插补的两级插补来实现速度前瞻控制功能,解决了任务空间轨迹映射到关节空间轨迹时出现的机器人关节速度、加速度超出运动最大性能的问题,从而提高了机器人运动的稳定性和精度。
最后,使用 C++语言对轨迹插补算法进行封装,通过大量的实验测试,在 MATLAB 环境下对测试结果进行仿真,验证了本文所提出算法的可行性和有效性。
关键词:运动学 奇异性 速度规划 路径规划 前瞻速度控制
Abstract
The development of multiple-joint industrial serial robot in our country is later than the developed countries in the world and there is still a gap in technology. The task space trajectory interpolation is one of the key techniques of the robot motion controller, the quality of the interpolation algorithm directly affects the work accuracy and efficiency of the robot. At the same time, the task space trajectory interpolation is related to the mapping problem of task space trajectory and joint space trajectory, the mapping relationship between the two is plex because of the restriction of robot link structure.
This paper analyzes thoroughly the robot kinematics and the robot singularity. In view of the traditional path interpolation algorithm has the problem of low efficiency, poor real-time performance, the trajectory interpolation algorithm is divided into three layers in this paper, including the velocity planning layer, the path structure layer and the look-ahead velocity controlling layer. In the velocity planni