工业机器人轨迹规划研究.pdf

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1、第32卷第lO期计算机仿真2015年10月文章编号：1006—9348(2015)lO一0409一05工业机器人轨迹规划研究高帅，杜姗姗(南京理工大学计算机科学与工程学院，江苏南京210094)摘要：工业机器人的轨迹规划在指导机器人进行作业任务越来越重要。在工业机器人在笛卡尔空间进行轨迹规划的位置插补和姿态插补问题的研究中，逆运动学的求解是轨迹规划的前提，给出了采用DH参数的工业机器人逆解的雅克比迭代算法。上述算法简单，通用性高，根据当前状态能得到唯一最优解。对于规划过程中的姿态插补，采用四元数表示姿态变换有效地解决了使用欧拉角过程中出现的万向

2、锁问题。最后分别对机器人的直线轨迹和圆弧轨迹做了仿真与实验，实验结果表明机器人的位姿可以沿着规划的轨迹实现平滑运动，表明了上述方法的可行性，具有一定的推广意义。关键词：工业机器人；轨迹规划；参数；单位四元数中图分类号：11P242文献标识码：BStudyofTrajectoryPlanningforIndustrialRobotsGA0Shuai．DUShan—shan(SchoolofComputerScience&Technology，NanjingUniversityofScience＆Technology，NanjingJiangsu2

3、10094，China)ABSTRACT：Thetrajectoryplanningofindustrialrobotshasbecomemoreandmoreimportantinrobottask．Inthispaper，westudythepositioninterpolationandorientationinterpolationinCartesianspace．Solvingtheinversekine-maticsisthebasisofrobottrajectoryplanning．Thus，weprovideasolution

4、withJacobiterationalgorithmbasedontheDHparametersthatCansolvetheinversekinematics，thissolutionissimple，highversatile，andcanachievetheuniqueoptimalansweraccordingtothecurrentstate．Fortheorientationinterpolationprocess，usingunitquaternioncaneffectivelyresolvetheEulerangleprobl

5、emwhichgimballockmayarise．Simulationresults，forlineartrajectoryandcirculartrajectory，respectively，showthatthepositionandorientationoftherobotcanachievesmoothmotiona·longtheplannedtrajectory．Soitillustratesthefeasibilityofthemethoddescribedaboveandhasacertainsenseofpromotion．

6、KEYWORDS：Industrialrobot；Trajectoryplanning；Parameter；Unitquaternionl引言随着工业机器人的发展及广泛应用，在人类无法工作的环境中，让机器人执行一些抓取、搬运等任务也越来越普遍。这些任务的执行要依靠工业机器人的轨迹规划。关节空间规划比较简单，通过规划得到的关节角度来操控实际的工业机器人。因为任务的执行运动轨迹主要是直线或者弧线等轨迹，所以要让机器人沿着特定的轨迹进行作业任务，必须基金项目：国家自然科学基金(61175082)；国家自然科学基金(61473155)；江苏省产学研联合

7、创新资金一前瞻性联合研究项目(BY20132046)收稿日期：2014—11—21要在笛卡尔空间进行轨迹规划。因而工业机器人轨迹规划过程中要进行笛卡尔空间到关节空间的转换。在直角坐标系中描述机器人末端状态用位置姿态矩阵表示，工业机器人的轨迹规划是在已知机器人末端执行器的起始位姿矩阵和结束位姿矩阵，使机器人沿着特定的轨迹，插补出中间的位姿矩阵的过程。对于位姿矩阵到各个关节角度的转换过程即为逆运动学的求解过程。文献[1]采用分离变量法进行逆运动学的分析，可以得到所有组解，但求解复杂，没有进行最优解的选取，文献[3]给出了最优逆解的选取过程，但不具有

8、较好的鲁棒性。对于轨迹规划过程中的姿态插补，文献[8]详细阐述了使用欧拉角插值可能出现的奇异点(万向锁)问题。本文以ABBIRB120工业机器人为研究