第7章机器人轨迹规划.doc

第7章机器人轨迹规划.doc机器人学基础
国家级《智能科学基础系列课程教学团队》
“机器人学”课程配套教材
蔡自兴主编
2009
第七章机器人轨迹规划
所谓轨迹，是指机械手在运动过程中的位 移、速度和加速度。而轨迹规划是根据作业任 务的要求，计算出预期的运动轨迹。
路径约束和障碍约束的组合把机器人的规划与 控制方式划分为四类，。

障碍约束
有
无
路 径 约 束
有
离线无碰撞路径规划+ 在线路径跟踪
离线路径规划+在线路径 跟踪
无
位置控制+在线障碍探 测和避障
位置控制
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第七章机器人轨迹规划
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轨迹规划器可形象地看 成为一个黑箱（ ）,其输入包括路径的 设定和约束，输出的是 机械手末端手部的位姿 序列，表示手部在各离 散时刻的中间位形。
路径约束
路 径 设 定
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轨迹规划器二
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机械手动力学约束
图7」轨迹规划器框图
■
第七章机器人轨迹规划
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机械手最常用的轨迹规划方法有两种：
■第一种方法要求用户对于选定的转变结点（插 值点）上的位姿、速度和加速度给岀一组显式 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）中选取参数 化轨迹，对结点进行插值，并满足约束条件。 第二种方法要求用户给出运动路径的解析式； 如为直角坐标空间中的直线路径，轨迹规划器 在关节空间或直角坐标空间中确定一条轨迹来 逼近预定的路径。
在第一种方法中，约束的设定和轨迹规划均在关 节空间进行。因此可能会发生与障碍物相碰。
第二种方法的路径约束是在直角坐标空间中给定 的，而关节驱动器是在关节空间中受控的。

对关节进行插值时，应满足一系列的约束条件 ,例如抓取物体时，手部运动方向（初始点） ,提升物体离开的方向（提升点），放下物体
（下放点）和停止点等结点上的位姿、速度和 加速度的要求；与此相应的各个关节位移、速 度、加速度在整个时间间隔内连续性要求；其 极值必须在各个关节变量的容许范围之内等。 在满足所要求的约束条件下，可以选取不同类 型的关节插值函薮，生成不同的轨迹。
721三次多项式插值
运动轨迹的描述可用起始点关节角度与终止点 关节角度的一个平滑插值函数来表示，在 时刻的值是起始关节角度，在终端时刻手的值 是终止关节角度。显然，有许多平滑函数可作 为关节插值函薮，。