机器人轨迹规划实验
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机器人轨迹规划实验
CONTENTS
1 实验介绍及内容
2 关节空间轨迹规划
3 笛卡尔空间轨迹规划
目
录
4 实验总结
机器人轨迹规划实验
2
1 实验介绍及内容
机器人轨迹规划实验
➢ 轨迹规划
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。
➢ 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
3
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 过所有路径点，最终到达目标点。
13
机器人轨迹规划实验
谢谢观看
THANKS TO
3 f
5
2 关节空间轨迹规划
机器人轨迹规划实验
➢ 设计实验
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
6
6
2 关节空间轨迹规划
机器人轨迹规划实验
➢ 设计实验
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
角加速度
角速度 8
3 笛卡尔空间轨迹规划
机器人轨迹规划实验
➢ 基本原理
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
9
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
10
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
角位移
角加速度
角速度 12
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
➢ 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。
0 =a0 &0 a1
&&0 2a2
f
a0 a1t f
a2t
2 f
a3t
3 f
a4t
4 f
a5t
5 f
&f a1 2a2t f
3a3t
2 f
4a4t
3 f
5a5t
4 f
&&f
2a2
6a3t f
Hale Waihona Puke 12a4t2 f
20a5t
➢ 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
4
2 关节空间轨迹规划
机器人轨迹规划实验
➢ 五次多项式插值
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。
CONTENTS
1 实验介绍及内容
2 关节空间轨迹规划
3 笛卡尔空间轨迹规划
目
录
4 实验总结
机器人轨迹规划实验
2
1 实验介绍及内容
机器人轨迹规划实验
➢ 轨迹规划
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。
➢ 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
3
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 过所有路径点，最终到达目标点。
13
机器人轨迹规划实验
谢谢观看
THANKS TO
3 f
5
2 关节空间轨迹规划
机器人轨迹规划实验
➢ 设计实验
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
6
6
2 关节空间轨迹规划
机器人轨迹规划实验
➢ 设计实验
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
角加速度
角速度 8
3 笛卡尔空间轨迹规划
机器人轨迹规划实验
➢ 基本原理
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
9
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
10
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
角位移
角加速度
角速度 12
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
➢ 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。
0 =a0 &0 a1
&&0 2a2
f
a0 a1t f
a2t
2 f
a3t
3 f
a4t
4 f
a5t
5 f
&f a1 2a2t f
3a3t
2 f
4a4t
3 f
5a5t
4 f
&&f
2a2
6a3t f
Hale Waihona Puke 12a4t2 f
20a5t
➢ 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
4
2 关节空间轨迹规划
机器人轨迹规划实验
➢ 五次多项式插值
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。