第3章轨迹规划.ppt

第第3 3章章机器人轨迹规划机器人轨迹规划 机器人轨迹规划概述机器人轨迹规划概述 机器人轨迹的概念机器人轨迹的概念轨迹:点的轨迹、位移、速度和加速度。轨迹:点的轨迹、位移、速度和加速度。轨迹规划: 轨迹规划: ( (1 1)或对直角空间插值:生成手部)或对直角空间插值:生成手部轨迹, 轨迹, 再将手部运动轨迹换算成关节空间运动规再将手部运动轨迹换算成关节空间运动规律(控制依据);( 律(控制依据);( 2 2)或对关节空间进行插值, )或对关节空间进行插值, 生成关节空间运动规律(控制依据)。生成关节空间运动规律(控制依据)。机器人手部路径的轨迹规划机器人手部路径的轨迹规划作业的描述作业的描述作业的描述作业的描述结点结点 P P 0 0P P 1 1P P 2 2P P 2 2 运动运动 INIT INIT MOVE MOVE MOVE MOVE GRASP GRASP 目标目标原始原始接近螺栓接近螺栓到达到达抓住抓住作业的描述作业的描述 P P 3 3P P 4 4P P 5 5P P 5 5P P 6 6 MOVE MOVE MOVE MOVE MOVE MOVE RELEASE RELEASE MOVE MOVE 提升提升接近托架接近托架插入孔中插入孔中松夹松夹移开移开 轨迹规划的一般性问题轨迹规划的一般性问题( (1 1)描述成工具坐标系)描述成工具坐标系{ {T T} }相对于工件坐标系相对于工件坐标系{ {S S} }的一系列运动。的一系列运动。( (2 2)轨迹的点:包含位置和姿态; )轨迹的点:包含位置和姿态; ( (3 3)插值的原则:保证运动平稳。即位移、)插值的原则:保证运动平稳。即位移、速度函数必须连续,有时甚至加速度也要求连续。速度函数必须连续,有时甚至加速度也要求连续。( (4 4)关节空间插值:将所有关节变量表示为)关节空间插值:将所有关节变量表示为时间的函数,用这些关节函数及其一阶、二阶导时间的函数,用这些关节函数及其一阶、二阶导数描述机器人预期的运动; 数描述机器人预期的运动; ( (5 5)直角坐标空间插值:将手部位姿、速度)直角坐标空间插值:将手部位姿、速度和加速度表示为时间的函数,再算出所有关节位和加速度表示为时间的函数,再算出所有关节位置、速度和加速度函数值。置、速度和加速度函数值。 轨迹规划涉及的主要问题轨迹规划涉及的主要问题轨迹规划一般过程: 轨迹规划一般过程: (1) (1) 作业描述:(用示教方法)给出轨迹上的若干作业描述:(用示教方法)给出轨迹上的若干个结点。个结点。(2) (2) 插值:在结点之间进行插补,得到直角空间的插值:在结点之间进行插补,得到直角空间的 X X( (t t) )或关节空间的位移或关节空间的位移 q q( (t t) ); ; (3) (3) 以以X X( (t t) )或或q q( (t t ) ) 为依据设计控制规律。为依据设计控制规律。(4) (4) 考虑路径上是否存在障碍。考虑路径上是否存在障碍。 插补方式分类与轨迹控制插补方式分类与轨迹控制 插补方式分类插补方式分类点位控制点位控制(PTP (PTP 控制控制) ):只要求起终点位姿,没有路:只要求起终点位姿,没有路径约束。径约束。插补的依据是( 插补的依据是( 1 1)关节最大速度和加速度;( )关节最大速度和加速度;( 2 2) ) 速度连续,各轴协调。速度连续,各轴协调。连续轨迹控制连续轨迹控制(CP (CP 控制控制) ):有路径约束,要对路径进:有路径约束,要对路径进行设计。行设计。路径控制与插补方式分类路径控制与插补方式分类不插补不插补关节插补关节插补( (平滑平滑) )空间插补空间插补 PTP PTP (1) (1) 各轴独立各轴独立快速到达。快速到达。(2) (2) 关节最大关节最大加速度限制加速度限制(1) (1) 各轴协调运动定时各轴协调运动定时插补。插补。(2) (2) 各关节最大加速度各关节最大加速度限制限制 CP CP (1) (1) 在空间插补点间进在空间插补点间进行关节定时插补。行关节定时插补。(2) (2) 用关节的低阶多项用关节的低阶多项式拟合空间直线使各轴式拟合空间直线使各轴协调运动。协调运动。(3) (3) 关节关节最大加速度限最大加速度限制制(1) (1) 直线、圆弧、直线、圆弧、曲线等距插补。曲线等距插补。(2) (2) 给定起停线速给定起停线速度、线加速度; 度、线加速度; 关节速度、加速关节速度、加速度限制度限制