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工業機器人機械手的運動軌跡規劃
更新時間：2016-11-01 點擊量：6349
工業機器人機械手在作業空間要完成給定的任務，機械手的手部運動必須按照一定的運行軌跡進行，這就是工業機器人的軌跡規劃，即運動點的位移、速度和加速度。在制造業中，許多自動化生產線要求工業機械手去跟蹤目標點之間期望的軌跡。如如噴漆和焊接作業時機械手需跟隨作用物體的外形搬運作業時機械手需回避目標點之間的障礙。而這就要求機械手廠家在研發生產機械手時，應該注重工業機械手的運動軌跡規劃。今天康道科技就帶大家了解一下工業機器人機械手的運動軌跡規劃
機械手的軌跡規劃是使機械手在規定時間內按一定的速度及加速度從初始狀態移動到某個規定的目標狀態，工業機器人機械手的軌跡規劃問題是機械手研究領域中一個長期存在的問題。近年來，越來越多的學者，相關領域的專家相繼投入到這方面的研究中，也取得了較多的研究成果算法的性能優化指標有很多，如工業機器人的運行時間*和機械手系統的能量*等。
工業機器人機械手的運動軌跡的生成一般是先給定機械手運行軌跡上的幾個點，將其經運動分析反解映射到關節空間，對機械手關節空間中的對應點建立運動方程，然后按這些運動方程進行相關的插值計算，從而實現在作業空間中的運動要求。那么怎么令工業機器人機械手在*時間下機械手軌跡規劃算法研究得較多現有的大部分工業機械手研究工作可以被大致分為兩類：*類為針對點到點(Point-to-Point，P-P)機械手運行動作的優化算法;第二類為沿著一條預設路徑的動作軌跡算法
工業機械手末端執行器相對于參考坐標系的位置、速度、角速度、角加速度等，不考慮引起其運動的驅動力或者力矩。運動學通常分為兩類：一類是給定機器人各關節角度要求計算機器人手爪的位置與姿態問題，稱為正向運動學;另一類是己知機械手爪的位置與姿態求出機械手對應于這個位置與姿態的全部機械手臂關節角，稱為逆向運動學。
其中，正向運動學問題比較簡單，通過傳遞矩陣就可以求得的解，而逆向運動學求解過程因涉及許多傳遞矩陣以及逆矩陣的運算而非常復雜，而且具有多解性，但是這也是機械手控制的關鍵，因為只有使得各關節運動到的位置，末端的執行器才能達到的位置和姿態。工
業機械手軌跡規劃可在關節空間中進行也可在直角坐標空間進行。
在關節空間中進行軌跡規劃使關節運動平滑、穩定始終保持在關節運動容許的范圍內。其優點是計算量小效率高，僅受關節速度及加速度的限制不會發生機構的奇異性問題,特別適合機械手末端運動不要求規定路徑的、進入空間行程大范圍內快速移動的軌跡段。該方法的缺點是機械手在未執行指令實現運動前，難以想象末端執行器在空間中的真實軌跡，特別是在機械手的工作空間內有障礙的情況下容易發生危險。
直角坐標空間軌跡規劃的優點是分段點之間的運動能被很好地確定非常適合已定義的函數軌跡的規劃其缺點是不僅要進行空間插補又要轉換到關節且難以估計運動時間、關節速度以及加速度達到的極限。
關節空間法軌跡規劃是以關節角度的函數來描述機械手的軌跡，進行軌跡規劃。關節空間法不必在直角坐標系中描述兩個路徑點之間的路徑形狀，計算比較容易。規劃的主要任務是選擇合理的多項式函數或其它線性函數進行插補運算，使關節運動平滑、穩定始終保持在關節運動容許的范圍內。
機械手的軌跡規劃是使機械手在規定時間內按一定的速度及加速度從初始狀態移動到某個規定的目標狀態，工業機器人機械手的軌跡規劃問題是機械手研究領域中一個長期存在的問題。近年來，越來越多的學者，相關領域的專家相繼投入到這方面的研究中，也取得了較多的研究成果算法的性能優化指標有很多，如工業機器人的運行時間*和機械手系統的能量*等。
工業機器人機械手的運動軌跡的生成一般是先給定機械手運行軌跡上的幾個點，將其經運動分析反解映射到關節空間，對機械手關節空間中的對應點建立運動方程，然后按這些運動方程進行相關的插值計算，從而實現在作業空間中的運動要求。那么怎么令工業機器人機械手在*時間下機械手軌跡規劃算法研究得較多現有的大部分工業機械手研究工作可以被大致分為兩類：*類為針對點到點(Point-to-Point，P-P)機械手運行動作的優化算法;第二類為沿著一條預設路徑的動作軌跡算法
工業機械手末端執行器相對于參考坐標系的位置、速度、角速度、角加速度等，不考慮引起其運動的驅動力或者力矩。運動學通常分為兩類：一類是給定機器人各關節角度要求計算機器人手爪的位置與姿態問題，稱為正向運動學;另一類是己知機械手爪的位置與姿態求出機械手對應于這個位置與姿態的全部機械手臂關節角，稱為逆向運動學。
其中，正向運動學問題比較簡單，通過傳遞矩陣就可以求得的解，而逆向運動學求解過程因涉及許多傳遞矩陣以及逆矩陣的運算而非常復雜，而且具有多解性，但是這也是機械手控制的關鍵，因為只有使得各關節運動到的位置，末端的執行器才能達到的位置和姿態。工
業機械手軌跡規劃可在關節空間中進行也可在直角坐標空間進行。
在關節空間中進行軌跡規劃使關節運動平滑、穩定始終保持在關節運動容許的范圍內。其優點是計算量小效率高，僅受關節速度及加速度的限制不會發生機構的奇異性問題,特別適合機械手末端運動不要求規定路徑的、進入空間行程大范圍內快速移動的軌跡段。該方法的缺點是機械手在未執行指令實現運動前，難以想象末端執行器在空間中的真實軌跡，特別是在機械手的工作空間內有障礙的情況下容易發生危險。
直角坐標空間軌跡規劃的優點是分段點之間的運動能被很好地確定非常適合已定義的函數軌跡的規劃其缺點是不僅要進行空間插補又要轉換到關節且難以估計運動時間、關節速度以及加速度達到的極限。
關節空間法軌跡規劃是以關節角度的函數來描述機械手的軌跡，進行軌跡規劃。關節空間法不必在直角坐標系中描述兩個路徑點之間的路徑形狀，計算比較容易。規劃的主要任務是選擇合理的多項式函數或其它線性函數進行插補運算，使關節運動平滑、穩定始終保持在關節運動容許的范圍內。
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