文档介绍：机械电子学院机械电子学院 School of Mechanical & Electronic Engineering School of Mechanical & Electronic Engineering 工业机器人工业机器人主讲:牛雪娟杜玉红 Industrial Robot 机械电子学院机械电子学院 2第三章第三章机器人的轨迹规划机器人的轨迹规划?? 工业机器人的轨迹规划概述工业机器人的轨迹规划概述?? 插插补方式分类与轨迹控制补方式分类与轨迹控制?? 机器人机器人轨迹的插值计算轨迹的插值计算* ** * ?? 机器机器人手部路径的轨迹规划人手部路径的轨迹规划机械电子学院机械电子学院工业机器人的轨迹规划概述机械电子学院机械电子学院 4 轨迹规划器摄象机图像分析器力传感器操作臂运动学操作臂动力学机器人控制器任务规划器环境任务规划器 q d(t) F(t) x(t) q(t) )(t?{x k} 压缩的数据 I(k,e) 机械电子学院机械电子学院 5 ?常见的机器人作业有两种: ??轨迹是指操作臂在运动过程中的位移、速度和加速度。轨迹是指操作臂在运动过程中的位移、速度和加速度。?点位作业( PTP=point-to-point motion )?连续路径作业( continuous-path motion ),或者称为轮廓运动( contour motion )。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。机器人运动轨迹的描述一般是对其手部位姿的描述,此位姿值可与关节变量相互转换。控制轨迹也就是按时间控制手部或工具中心走过的空间路径。机械电子学院机械电子学院 6 ?操作臂最常用的轨迹规划方法有两种: ??轨迹规划既可以在关节空间也可以在直角空间中进行。轨迹规划既可以在关节空间也可以在直角空间中进行。第一种是要求对于选定的轨迹结点(插值点)上的位姿、速度和加速度给出一组显式约束(例如连续性和光滑程度等),轨迹规划器从一类函数(例如 n次多项式)选取参数化轨迹,对结点进行插值,并满足约束条件。第二种方法要求给出运动路径的解析式。机械电子学院机械电子学院 72 轨迹规划几个要点; 起始点、终止点:工具坐标系的起始位姿及终止位姿路径点: 中间点的位姿约束时间分配; 存在着各路径点之间的时间分配问题。运动平稳: 不平稳的运动将加剧机械部件的磨损,并导致机器人的振动和冲击。要求所选择的运动轨迹描述函数必须连续,而且它的一阶导数(速度),有时甚至二阶导数(加速度) 也应该连续。机械电子学院机械电子学院 83 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,按内存中记录的各点的值产生序列动作。(2) 关节空间运动(适用于对端点位姿有要求,路径无要求) 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。机械电子学院机械电子学院插补方式分类与轨迹控制插补方式分类点位控制(PTP 控制): 通常没有路径约束,多以关节坐标运动表示。点位控制只要求满足起、终点位姿,在轨迹中间只有关节的几何限制、最大速度和加速度约束。连续轨迹控制(CP 控制): 有路径约束,因此要对路径进行设计。机械电子学院机械电子学院 10机器人轨迹控制过程机器人的基本操作方式是示教-再现。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, 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),然后由后面的角位置闭环控制系统实现要求的轨迹上的一点。