第三章机器人轨迹规划.ppt
《第三章机器人轨迹规划.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第三章机器人轨迹规划.ppt(31页珍藏版)》请在第壹文秘上搜索。
1、3 机器人轨迹规划 规划意味着在行动之前决定行动的进程。一个规划是一个行动过程的描述。 自动规划是一种重要的问题求解技术,它从某个特定的问题状态出发,寻求一系列行为动作,并建立一个操作序列,直到求得目标状态为止。与一般问题求解相比,自动规划更注重于求解过程。此外规划要解决的问题往往是真实问题,而不是抽象的数学模型问题。机器人规划是机器人学的一个重要研究领域,研究机器人各种控制求解问题(控制方案、过程等)。 工业机器人轨迹规划属于机器人低层规划,基本上不涉及人工智能的问题。 3.1 3.1 机器人轨迹规划概述机器人轨迹规划概述 3.2 3.2 插补方式分类和轨迹控制插补方式分类和轨迹控制 3.3
2、 3.3 机器人轨迹插值计算机器人轨迹插值计算 3.4 3.4 机器人手部路径的轨迹规划机器人手部路径的轨迹规划3. 1 机器人轨迹规划概述机器人轨迹规划概述3. 1 .1 机器人轨迹的概念机器人轨迹的概念 机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中的位移、速度和加速度。也可以说是机器人运动构件的位姿和位姿变化情况。多数是指末端执行件(手部)的位姿和位姿变化情况。 机器人运动轨迹的描述一般是对其手部位姿变化的描述。控制轨迹也就是按时间控制手部走过的空间路径。 在轨迹规划中,为叙述方便,也常用点来表示机器人在某一时刻的状态,或某一时刻的轨迹,或用它来表示末端执行件的位姿,例如起始点、终止点就分别表示末
3、端执行件的起始位姿及终止位姿。3. 1. 2 轨迹规划的一般性问题轨迹规划的一般性问题 机器人在作业空间要完成给定的任务,其手部运动必须按一定的轨迹进行。轨迹规划是根据作业任务的要求,计算出预期的运动轨迹。 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,用于关节运动的控制,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轨迹规划。 轨迹规划的几个一般性问题 机器人的作业可以看作是工具坐标系T 相对于工件坐标系S 的一系列运动。如图示,将销插入工件孔中的作业,可以借助工具坐标系的一系列位姿Pi (i
4、=1,2,n)来描述。 用工具坐标系相对于工件坐标系的运动来描述作业路径是一种通用的作业描述方法。它把作业路径描述与具体的机器人、手爪或工具分离开来,形成了模型化的作业描述方法,从而使这种描述既适用于不同的机器人,也适用于在同一机器人上装夹不同规格的工具。把图示的机器人从初始状态运动到终止状态的作业看做是工具坐标系从初始位置T0 变化到终止位置Tf 的坐标变换。更详细地描述运动时不仅要规定机器人的起始点和终止点,而且要给出介于起始点和终止点之间的中间点,也称路径点。这时,运动轨迹除了位姿约束外,还存在着各路径点之间的时间分配问题。机器人的运动应当平稳,不平稳的运动将加剧机械部件的磨损,并导致机
5、器人的振动和冲击。为此,要求所选择的运动轨迹描述函数必须连续,且它的描述函数必须连续,且它的一阶导数一阶导数( (速度速度) ),有时二阶导数,有时二阶导数( (加速度加速度) )也应该连也应该连续。续。 轨迹规划既可以在关节空间中进行,也可以在直角坐标空间中进行。在关节空间中进行轨迹规划是指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、二阶导数描述机器人预期的运动;在直角坐标空间中进行轨迹规划是指将手爪位姿、速度和加速度表示为时间的函数,而相应的关节位置、速度和加速度由手爪信息导出。3. 1. 3 轨迹的生成方式1)示教-再现运动运动由人手把手示教机器人,定时记录各关节变量,得到沿
6、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) 关节空间运动这种运动直接在关节空间中进行。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。3. 1. 4 轨迹规划涉及的主要问题轨迹规划涉及的主要问题 为了描述一个完整的作业,往往需要将上述运动进行组合。这种规划涉及到以下几方面的问题: 1) 用示教方法给出轨迹上的若干个结点。 2) 用一条轨迹通过
7、或逼近结点,此轨迹可按一定的原则优化,如加速度平滑得到直角空间的位移时间函数 X(t)或关节空间的位移时间函数 q(t);在结点之间如何进行插补,即根据轨迹表达式在每一个采样周期实时计算轨迹上点的位姿和各关节变量值。 3)以上生成的轨迹是机器人位置控制的给定值,可以据此并根据机器人的动态参数设计一定的控制规律。4) 规划机器人的运动轨迹时,尚需明确其路径上是否存在障碍约束的组合。一般将机器人的规划与控制方式分为四种情况。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表3.1 机器人的规划与控制方式3. 2 插补方式分
8、类与轨迹控制插补方式分类与轨迹控制3. 2. 1 插补方式分类插补方式分类 有两种方式:点位控制(PTP控制)和连续轨迹控制(CP控制)。 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。路径控制不插补关节插补(平滑)空间插补点位控制PTP1) 各轴独立快速到达。2) 各关节最大加速度限制(1) 各轴协调运动定时插补。(2) 各关节最大加速度限制连续路径控制CP(1) 在空间插补点间进行关节定时插补。(2) 用关节的低阶多项式拟合空间直线使
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第三 机器人 轨迹 规划