基于多约束的机器人关节空间轨迹规划

作者:张斌 刊名:机械工程学报 上传者:冯玉凤

【摘要】当机器人进行快速运动且运动时间确定时,由于受到驱动机构性能等因素的制约,机器人进行运动轨迹规划时需要考虑角加速度约束、角速度约束和角度约束等多个约束条件。通过对运动约束进行分析,提出基于梯形速度曲线的多约束条件下机器人关节空间轨迹规划方法。根据无约束条件下规划出的最小加速度运动轨迹,在角加速度满足约束的情况下对其进行优化,获得满足角速度约束和角度约束的最小角加速度运动轨迹。对加速度达到最大时的轨迹也无法满足约束条件的情况进行讨论。该轨迹规划方法兼顾机器人的运动平稳性与约束要求,并且能够充分发挥机器人关节的驱动性能。仿真结果表明了该方法的可行性。

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机 械 工 程 学 报 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING 第 47 卷第 21 期 2011 年 11 月 Vol.47 No.21 Nov. 2 0 1 1 DOI:10.3901/JME.2011.21.001 基于多约束的机器人关节空间轨迹规划* 张 斌 (浙江大学控制科学与工程学系 杭州 310027) 摘要:当机器人进行快速运动且运动时间确定时,由于受到驱动机构性能等因素的制约,机器人进行运动轨迹规划时需要考虑角加速度约束、角速度约束和角度约束等多个约束条件。通过对运动约束进行分析,提出基于梯形速度曲线的多约束条件下机器人关节空间轨迹规划方法。根据无约束条件下规划出的最小加速度运动轨迹,在角加速度满足约束的情况下对其进行优化,获得满足角速度约束和角度约束的最小角加速度运动轨迹。对加速度达到最大时的轨迹也无法满足约束条件的情况进行讨论。该轨迹规划方法兼顾机器人的运动平稳性与约束要求,并且能够充分发挥机器人关节的驱动性能。仿真结果表明了该方法的可行性。 关键词:机器人 关节空间 轨迹规划 约束 中图分类号:TP24 Joint-space Trajectory Planning for Robots under Multiple Constraints ZHANG Bin (Department of Control Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027) Abstract:In the cases that the robots move fast with fixed motion time, various constraints, such as angular acceleration constraint, angular velocity constraint and angular constraint, should be considered when planning the trajectories of robots due to the driver performances and other factors. By analyzing the constraints, a joint-space trajectory planning method for robots under multiple constraints is proposed based on trapezoidal velocity profile. According to the minimum acceleration trajectory without constraints, the minimum acceleration trajectory under the angular velocity constraint and angular constraint is obtained by optimizing the angular acceleration while it is in the constraint range. The situation that the trajectory with maximum acceleration cannot meet the constraint requirements is discussed. The trajectory plannin

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