工业机器人笛卡尔空间轨迹规划的研究.pdf

摘 要
工业机器人以其高度的通用性、环境的适应性、耐久性和可靠性等特点在工业领域
获得广泛的应用，为提高工业生产效率、改善劳动条件和实现工业高度自动化等做出了
重要贡献。机器人的轨迹规划属于机器人的底层规划，它将影响机器人的稳定性和精确
性，是工业机器人控制系统中不可缺少的一部分，所以一直是研究人员关注的重点。
本文在工业机器人运动学的基础上对华南理工大学机器人研究所与广州数控设备
有限公司合作进行研发的 6 自由度喷涂机器人（华工喷涂Ⅰ号）进行运动学正逆解的求
取。
本文重点研究了工业机器人在笛卡尔空间的轨迹规划。包括空间直线和圆弧的轨迹
规划，在它们的基础上提出空间连续直线和直线-圆弧的轨迹规划，针对自由型曲线研
究了三种 B 样条曲线的轨迹规划——三次均匀 B 样条、三次均匀有理 B 样条和三次非
均匀有理 B 样条。本言对所研究的轨迹规划采用两次插补，第一次插补主要是保证轨迹
的准确性，其运动速度曲线为梯形曲线，只适合机器人低速运动的情况。当机器人运动
速度和加速度要求比较高时，可采用第二次插补，是在第一次插补的基础上采用三次样
条曲线进行插补，这样能使运动速度连续平滑，加速度连续。
接着采用 Microsoft Visual C#.NET 语言对所研究的轨迹规划算法进行编程，再把运
行算法程序得到的数据在 MATLAB 平台上进行轨迹规划仿真。
最后在实际机器人平台上验证所研究的轨迹规划算法。

关键词：工业机器人；笛卡尔空间；运动学；轨迹规划
Abstract
Because of its high versatility, adaptability, wear and security, industrial robot has been
applied widely in industry. It increases the efficiency of production, improves the work
condition and achieves industrial high automation. Trajectory planning is the basic planning
of industrial robot. It would affect stability and accuracy. And it is the indispensable one of
the industrial-robot control systems. So it has gained great attention.
Basing on the kinematics of industrial robot, this paper solves the forward kinematics
and inverse kinematics of Six-Degree-Of –Freedom Spraying Robot which is researched by
the Robot Research Laboratory in South Chine University of Technology cooperating with the
Guangzhou Shukong Equipment LTD.
This paper mainly studied the trajectory planning of industrial robot in Cartesian space,
including spatial straight-line and spatial circular arc, spatial concatenating straight-line and
straight line-circular arc, cubic uniform B-spline curve, cubic uniform rational B-spline curve
and non-uniform rational B-spline curve. These trajectories are interpolated twice. The first
interpolation mainly assures the accuracy of trajectory. Its velocity is trape