冗余度机器人运动轨迹规划问题的仿真研究.pdf

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1、第33卷第3期计算机仿真2016年3月文章编号：1006—9348(2016)03—0268-06冗余度机器人运动轨迹规划问题的仿真研究崔泽1’2，张世兴‘，崔玉乾1(1．上海大学机电工程与自动化学院，上海200072；2．哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150080)摘要：对于冗余自由度机器人而言，在给定的机械臂末端位姿时，关节空间可以有多个位形与之对应，正因为这样的多解性和不确定性，增加了冗余自由度的逆运动学研究的难度，需要一种有效的分析手段进行研究。为此，以SCHUNK7一DOF机械臂为研究对象，提出了一种采用

2、SolidWorks／Motion模块的虚拟仿真实现方案，分析了作为控制关节电机驱动的STEP函数的数学特性，将笛卡尔空间的运动学轨迹规划问题转换为机械臂各关节驱动的STEP函数表达，并将轨迹规划算法应用在虚拟仿真系统中．规划了空间直线路径，利用机械臂冗余的自由度实现运动轨迹避障优化。通过仿真分析，验证了虚拟仿真实现方案的可行性，为冗余度机器人运动规划问题研究提供了一种有效的分析手段。关键词：冗余度机器人；运动学分析；轨迹规划；虚拟仿真中图分类号：TP242文献标识码：BResearchonRedundantRobot’SKinematicT

3、rajectoryPlanningandItsSimulationCUIZe，ZHANGShi-xing，CUIYu-qian(SchoolofMechatronicsandAutomation，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China)ABSTRACT：Fortheredundantrobot，inthegivenjointpostureandspace，therecanbemultiplecorrespondingjointspace．Becauseofthiskindofdiversityandun

4、certainty，thedifficultyintheinversekinematicsresearchisinereas—ing，whichneedsaneffectiveanalyzingmethodtocarryontheresearch．Consideringthatpoint，usingSCHUNK7一DOFmodularrobot，avirtualsimulationimplementationsolutionbasedontheSolidWorks／Motionwas,putforwardforkinematicanalysi

5、s．STEPmathematicalpropertieWaSanalysed，whichisthedrivenfunctiontoallrotarymotors，SOthatthetrajectorycontrolinCartesiancoordinatesCanbetransformedintothejointspaceplanningwithmodifiedSTEPfunction．TheplanningofthestraightlinetrajectoryWaSsetup，andthet阳jectoryoptimizationwasre

6、alizedwiththeredundantdegreemanipulatorjoint．Thesimulationofthevirtualsolutionhasverifiedthefeasibilityofthesimulationmodel，providingalleffectivesolutionfortheredundantrobotresearch．KEYWOImS：Redundantrobot；Kinematicanalysis；Trajectoryplanning；Virtualsimulation1引言冗余自由度机器人，可以

7、极大地提高机械臂的灵活性，动力特性和容错性¨J，冗余机器人的研究在工业机器人的应用具有重要意义。近年来，世界各地越来越多的专家学者参与到冗余度机器人的研究，使得冗余度机器入的发展不断地完善，并在相关领域得到广泛应用。目前冗余机械臂的难点是运动学分析和控制，其冗余特性增加了逆运动学轨迹规划的难度。基金项目：机器人技术与系统国家重点实验室开放基金资助项目(SKLRS-2014一MS一07)；上海市自然科学基金资助项目(15ZRl414800)收稿日期：2015—05-08修回日期：2015—06—01．．--——268．--——对于多自由度机械臂

8、来说，有多种软件平台可以使用，在MATLAB平台下有ROBOTICSTOOLBOX工具箱，通过函数实现串联连杆机构的抽象建模，模拟各关节运动方案旧1；在各种三维模型