工业机器人轨迹过渡技术研究和实现

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随着工业机器人的广泛应用,对机器人运动控制中的关键环节--轨迹规划的性能提出了更高的要求。优良的机器人轨迹过渡技术可以改善轨迹运动的平滑性,提高运行效率和精度,对提高机器人的综合性能具有非常重要的作用。本文对工业机器人轨迹过渡技术进行了深入研究,主要研究内容有:针对工业机器人多运动段轨迹不满足G1连续性的问题,分析了由直线和圆弧插补组成的多运动段的平滑性,设计了不同运动类型过渡段构造方法以及多运动段速度规划方案。对于工业机器人在笛卡尔空间的连续运动,设计了基于贝塞尔样条的位姿过渡方法;针对相邻运动段不同工具坐标系无法构造过渡曲线的问题,提出了通过插补工具坐标完成过渡的方法;针对连续小线段过渡计算量复杂的问题,提出了抛物线样条拟合过渡方法。对于关节空间的连续运动,提出了通过联合插补解决关节-关节过渡的方法;通过基于雅可比矩阵的笛卡尔-关节过渡方法,完成不同类型运动段坐标和速度转换。提出以曲线轨迹长度、关节角和姿态转角为参数的速度规划算法,采用曲率约束的过渡段速度规划和起始段为S型加减速两种速度优化方法提高了速度曲线的连续性。在位姿构造曲线和速度规划的基础上,研究了基于截距法的样条曲线插补技术,实现了机器人曲线位姿实时插补。采用自主研发的机器人Hrt Studio仿真软件,进行了不同类型轨迹过渡实验,通过分析机器人连续运动轨迹以及末端线速度和关节角速度,验证了过渡段能够使轨迹满足G1连续性,多运动段速度规划对时间效率以及速度平滑性能得到提升。
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