機器人的組成系統(tǒng)(參考版)
2025-06-29 06:01本頁面
【正文】 。最常用的方法便是利用機器人語言。例如，在用三次多項式函數(shù)插值時，便是產(chǎn)生出多項式系數(shù)a0,a1,a2,a3從而得到整個軌跡的運動方程：對上式求導，可以得到速度和加速度： 路徑的描述 前面討論了在給定路徑點的情況下如何規(guī)劃出運動軌跡的問題。在直角坐標空間內(nèi)規(guī)劃的方法主要有：線性函數(shù)插值法和圓弧插值法。在有些情況下，對機械手末端的軌跡形狀也有一定要求，如要求它在兩點之間走一條直線，或者沿著一個圓弧運動以繞過障礙物等。（2）直角空間軌跡規(guī)劃前面介紹的在關節(jié)空間內(nèi)的規(guī)劃，可以保證運動軌跡經(jīng)過給定的路徑點。但是，簡單的線性函數(shù)插值將使得關節(jié)的運動速度在起點和終點處不連續(xù)，它也意味著需要產(chǎn)生無窮大的加速度，這顯然是不希望的。滿足這個條件的光滑函數(shù)可以有許多條，如下圖所示：顯然，這些光滑函數(shù)必須滿足以下條件：2）拋物線連接的線性函數(shù)插值前面介紹了利用三次多項式函數(shù)插值的規(guī)劃方法。下面具體介紹在關節(jié)空間內(nèi)常用的兩種規(guī)劃方法1） 三次多項式函數(shù)插值 考慮機械手末端在一定時間內(nèi)從初始位置和方位移動到目標位置和方位的問題。（1）關節(jié)空間軌跡規(guī)劃關節(jié)空間法首先將在工具空間中期望的路徑點，通過逆運動學計算，得到期望的關節(jié)位置，然后在關節(jié)空間內(nèi)，給每個關節(jié)找到一個經(jīng)過中間點到達目的終點的光滑函數(shù)，同時使得每個關節(jié)到達中間點和終點的時間相同，這樣便可保證機械手工具能夠到達期望的直角坐標位置。對于CP控制:機械手末端的運動軌跡是根據(jù)任務的需要給定的，但是它也必須按照一定的采樣間隔，通過逆運動學計算，將其變換到關節(jié)空間，然后在關節(jié)空間中尋找光滑函數(shù)來擬合這些離散點．最后，還有在機器人的計算機內(nèi)部如何表示軌跡，以及如何實時地生成軌跡的問題。不平滑的運動容易造成機構的磨損和破壞，甚至可能激發(fā)機械手的振動。應注意這里所說的“點” 不僅包括機械手末端的位置，而且包括方位，因此描述一個點通常需要6個量。上圖中，期望的運動和力是進行機器人控制所必需的輸入量，它們是機械手末端在每一個時刻的位姿和速度，對于絕大多數(shù)情況，還要求給出每一時刻期望的關節(jié)位移和速度，有些控制方法還要求給出期望的加速度等。這里，機器人實際運動的情況通常還要反饋給規(guī)劃級和控制級，以便對規(guī)劃和控制的結果做出適當?shù)男拚? 簡言之，機器人的工作過程，就是通過規(guī)劃，將要求的任務變?yōu)槠谕倪\動和力（通過機器人動力學方程得到末端的輸出力與轉矩，如何控制機器人末端輸出的力和轉矩呢？），由控制環(huán)節(jié)根據(jù)期望的運動和力的信號，產(chǎn)生相應的控制作用，以使機器人輸出實際的運動和力，從而完成期望的任務。例如，對一般的工業(yè)機器人來說，操作員可能只輸入機械手末端的目標位置和方位，而規(guī)劃的任務便是要確定出達到目標的關節(jié)軌跡的形狀、運動的時間和速度等。一般的工業(yè)機器人不具備力的反饋，所以，工業(yè)機器人通常只具有軌跡規(guī)劃的和底層的控制功能。智能化程度越高，規(guī)劃的層次越多，操作就越簡單。上述例子可以看出，機器人的規(guī)劃是分層次的，從高層的任務規(guī)劃，動作規(guī)劃到手部軌跡規(guī)劃和關節(jié)軌跡規(guī)劃，最后才是底層的控制(見下圖)。為了使手部實現(xiàn)預定的運動，就要知道各關節(jié)的運動規(guī)律，這是關節(jié)軌跡規(guī)劃(Joint trajectory planning)。以“把水倒入杯中”這一子任務為例，可以進一步分解成為“把水壺提到杯口上方”、“把水壺傾斜倒水入杯”、“把水壺豎直”、“把水壺放回原處”等一系列動作，這一層次的規(guī)劃稱為動作規(guī)劃(Motion P1anning)，它把實現(xiàn)每一個子任務的過程分解為一系列具體的動作。這一層次的規(guī)劃稱為任務規(guī)劃(Task planning)，它完成總體任務的分解。為說明機器人規(guī)劃的概念，我們舉下面的例子：
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