机器人轨迹规划实验

实现方式
通常分为关节空间轨迹规划和笛卡尔空间轨迹规划两类
实验目的
熟悉机器人正逆运动学求解，掌握机器人轨迹规划方法
实验内容
设定任务轨迹，实现机器人操作臂末端对轨迹的跟踪
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2
关节空间轨迹规划
机器人轨迹规划实验
基本原理
对各关节的运动进行规划，选取参数化轨迹，将关节变量表示为时间的函数，使之依次通
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2
关节空间轨迹规划
设计实验
机器人轨迹规划实验
基于PUMA560机器人，以五次多项式插值为例实现轨迹规划。给定起始点和目标点参数， 在满足一定约束的条件下输出最终路径轨迹和关节运动曲线
机器人建模仿真
末端轨迹
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2
关节空间轨迹规划
设计实验
机器人轨迹规划实验
基于PUMA560机器人，以五次多项式插值为例实现轨迹规划。给定起始点和目标点参数， 在满足一定约束的条件下输出最终路径轨迹和关节运动曲线
角位移
角速度
角加速度
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3
笛卡尔空间轨迹规划
基本原理
机器人轨迹规划实验
对末端手的位姿轨迹进行规划，依靠逆运动学不断求将直角坐标转换为关节角度，得出关
节信息，循环过程为：
（1）将时间增加一个增量
（2）利用所选择的轨迹函数计算出机械臂末端手的位姿，即齐次变换矩阵
（3）利用逆运动学方程计算相应的关节变量 （4）将关节变量信息送给控制器
（5）返回到循环的开始
作业是由终端抓手位姿的笛卡尔坐标节点序列规定的
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3
笛卡尔空间轨迹规划
设计实验
基于PUMA560机器人，以两个结点之间的直线运动为例实现轨迹规划。给定起始点和目 标点的直线方程，在满足一定约束的条件下输出最终轨迹和关节运动曲线
末端直线轨迹
末端位姿变化
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3
笛卡尔空间轨迹规划
笛卡尔空间轨迹规划
概念上直观，规划的路径准确，涉及到运动学反解导致计算量增大，容易出现多解、奇异问题 ，控制间隔较长。
Fra Baidu bibliotek13
机器人轨迹规划实验
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过所有路径点，最终到达目标点。
关节插值函数
三次多项式插值
五次多项式插值 抛物线过渡的线性插值
高次多项式插值
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关节空间轨迹规划
五次多项式插值
机器人轨迹规划实验
如果对于运动轨迹的要求更为严格，约束条件增多，必须用更高阶的多项式对运动轨迹的 路径段进行插值，例如对某段路径的起始点和终止点都规定了关节的位置、速度和加速度。
0 =a0 0 a1 2a 2 0 a a t a t 2 a t 3 a t 4 a t 5 0 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f f a 2a t 3a t 2 4a t 3 5a t 4 1 2 f 3 f 4 f 5 f f 2a 6a t 12a t 2 20a t 3 2 3 f 4 f 5 f f
机器人轨迹规划实验
目 录
CONTENTS
机器人轨迹规划实验
1 2
实验介绍及内容 关节空间轨迹规划
笛卡尔空间轨迹规划
3
4
实验总结
2
1
实验介绍及内容
轨迹规划
机器人轨迹规划实验
所谓轨迹，是指操作臂在运动过程中的位移、速度和加速度。而轨迹规划是根据作业任务的 要求计算出预期的运动轨迹，确定机器人手部或关节在起点和终点之间的路径和运动学参数。
设计实验
基于PUMA560机器人，以两个结点之间的直线运动为例实现轨迹规划。给定起始点和目
标点的直线方程，在满足一定约束的条件下输出最终轨迹和关节运动曲线
角位移
角速度
角加速度
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4
实验总结
机器人轨迹规划实验
关节空间轨迹规划
大量工作是针对于关节变量的插值运算，计算简单、容易，几乎能达到实时规划，不会发生 机构的奇异性问题。但难于确定机器人在运动过程中末端的实际位置