《机器人的轨迹规划》PPT课件

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1、机器人规划的基本概念1关节空间法2直角坐标空间法3轨迹的实时生成4路径的描述5机器人的轨迹规划与生成16.1.1机器人规划的基本概念所谓机器人的规划(P1anning)，指的是——机器人根据自身的任务，求得完成这一任务的解决方案的过程。这里所说的任务，具有广义的概念，既可以指机器人要完成的某一具体任务，也可以是机器人的某个动作，比如手部或关节的某个规定的运动等。任务规划(Taskplanning)，它完成总体任务的分解。动作规划(MotionP1anning)，把实现每一个子任务的过程分解为一系列具体的动作

2、。轨迹规划(Handtrajectoryplanning)，为了实现每一个动作，需要对手部的运动轨迹进行必要的规定。关节轨迹规划(Jointtrajectoryplanning)，为了使手部实现预定的运动，就要知道各关节的运动规律。2取一个杯子找到水壶打开水壶把水倒入杯中把水送给主人给主人倒一杯水提起水壶到杯口上方把水壶倾斜把水壶竖直把水壶放回原处手部从A点移到B点关节从A点移到B点智能机器人的规划层次6.1.1机器人规划的基本概念3上述例子可以看出，机器人的规划是分层次的，从高层的任务规划，动作规划到手部

3、轨迹规划和关节轨迹规划，最后才是底层的控制(见图)。在上述例子中，我们没有讨论力的问题，实际上，对有些机器人来说，力的大小也是要控制的，这时，除了手部或关节的轨迹规划，还要进行手部和关节输出力的规划。智能化程度越高，规划的层次越多，操作就越简单。对工业机器人来说，高层的任务规划和动作规划一般是依赖人来完成的。而且一般的工业机器人也不具备力的反馈，所以，工业机器人通常只具有轨迹规划的和底层的控制功能。6.1.1机器人规划的基本概念4工业机器人的轨迹规划5轨迹规划的目的是——将操作人员输入的简单的任务描述变为详

4、细的运动轨迹描述。例如，对一般的工业机器人来说，操作员可能只输入机械手末端的目标位置和方位，而规划的任务便是要确定出达到目标的关节轨迹的形状、运动的时间和速度等。这里所说的轨迹是指随时间变化的位置、速度和加速度。6.1.1机器人规划的基本概念6简言之，机器人的工作过程，就是通过规划，将要求的任务变为期望的运动和力，由控制环节根据期望的运动和力的信号，产生相应的控制作用，以使机器人输出实际的运动和力，从而完成期望的任务。这一过程表述如下图所示。这里，机器人实际运动的情况通常还要反馈给规划级和控制级，以便对规划

5、和控制的结果做出适当的修正。人机接口规划控制机器人本体要求的任务期望的运动和力实际的运动和力控制作用机器人的工作原理示意图6.1.1机器人规划的基本概念7上图中，要求的任务由操作人员输入给机器人，为了使机器人操作方便、使用简单，必须允许操作人员给出尽量简单的描述。上图中，期望的运动和力是进行机器人控制所必需的输入量，它们是机械手末端在每一个时刻的位姿和速度，对于绝大多数情况，还要求给出每一时刻期望的关节位移和速度，有些控制方法还要求给出期望的加速度等。6.1.1机器人规划的基本概念8常见的机器人作业有三种：

6、点位作业（PTP=point-to-pointmotion）直线作业(ContinuousPath,CP)控制连续路径作业（continuous-pathmotion），或者称为轮廓运动（contourmotion）。6.1.2机器人规划作业分类9点位控制6.1.2机器人规划作业分类10直线控制6.1.2机器人规划作业分类11轮廓(ContinuousPath,CP)控制6.1.2机器人规划作业分类12操作臂最常用的轨迹规划方法有两种：轨迹规划既可以在关节空间也可以在直角空间中进行。第一种是要求对于选定的轨

7、迹结点（插值点）上的位姿、速度和加速度给出一组显式约束（例如连续性和光滑程度等），轨迹规划器从一类函数（例如n次多项式）选取参数化轨迹，对结点进行插值，并满足约束条件。第二种方法要求给出运动路径的解析式。6.1.3机器人规划方法13对于PTP控制:通常只给出机械手末端的起点和终点，有时也给出一些中间经过点，所有这些点统称为路径点。应注意这里所说的“点”不仅包括机械手末端的位置，而且包括方位，因此描述一个点通常需要6个量。通常希望机械手末端的运动是光滑的，即它具有连续的一阶导数，有时甚至要求具有连续的二阶导数

8、。不平滑的运动容易造成机构的磨损和破坏，甚至可能激发机械手的振动。因此规划的任务便是要根据给定的路径点规划出通过这些点的光滑的运动轨迹。6.1.3机器人规划的方法14对于CP控制:机械手末端的运动轨迹是根据任务的需要给定的，但是它也必须按照一定的采样间隔，通过逆运动学计算，将其变换到关节空间，然后在关节空间中寻找光滑函数来拟合这些离散点．最后，还有在机器人的计算机内部如何表示轨迹，以及如何实时地生成轨迹的问题。6