3 工業機械人軌跡規劃 關節空間

2021-10-08 06:32:54 字數 1239 閱讀 2372

3.1關節空間

機械人所有關節是同步驅動的,單獨以某一關節為例進行分析計算。

關節空間規劃→關節值→關節驅動器

3.1.1 3次多項式

假設某關節在t0時刻關節角為θ0,規劃該關節在t1時刻的關節角變為θ1。使用3次多項式進行規劃(關節初始和終止的速度一般假設為0)。

三次多項式為(即關節角隨時間變換的方程):

θt=c0+c1t+c2t2+c3t3

(θ,為θ的一階導數,θ,,為θ的二階導數)

初始和終止條件:

θt0=θ0

θt1=θ1

θ,t0=0

θ,t1=0

代入初始和終止條件可得:

θt0=c0=θ0

θt1=c0+c1t1+c2t12+c3t13

θ,t0=c1=0

θ,t1= c1+2c2t1+3c3t12=0

4個方程4個未知數,方程有解,將解代入多項式,即可求出關節在任意時刻的位置和速度。

舉例計算。

假設某一關節在5s內從初始角45°運動到90°,使用3次多項式進行關節的軌跡規劃。

將已知資料代入公式可得:

θt0=c0=45

θt1=c0+c15+c252+c353=90

θ,t0=c1=0

θ,t1= c1+2c25+3c352=0

解得:c0=45

c1=0

c2=5.4

c3=-0.72

可得位置和速度方程:

θt=45+5.4t2-0.72t3

θ,t=10.8t-2.16t2

3.1.2 5次多項式

3次多項式沒有考慮加速度的值,當需要考慮加速度的值時,限制條件變為6個,可採用5次多項式來規劃。

θt=c0+c1t+c2t2+c3t3+c4t4+c5t5

對位置方程求一階導可得到速度方程,求二階導可得到加速度方程。

θ,t= c1+2c2t+3c3t2+4c4t3+5c5t4

θ,,t= 2c2+6c3t+8c4t2+20c5*t3

初始和終止條件為(假定初始和終止加速度為0):

θt0=θ0

θt1=θ1

θ,t0=0

θ,t1=0

θ,,t0=0

θ,,t1=0

6個方程6個未知數,方程有解,將解代入多項式,即可求出關節在任意時刻的位置、速度和加速度。

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