基于齐次变换矩阵的机器人轨迹规划方法.pdf

第Ⅰ期
组合机床与自动化加工技术
2014年1月
Modular Machine Tool Automatic Manufacturing Technique
Jan。2014
文章编号:1001-2265(2014)01~-(005-05
DOL:10.13462/j,cnki, mutant.2014.01.002
基于齐次变换矩阵的机器人轨迹规划方法
沈雅琼,叶伯生,熊烁
(华中科技大学机械科学与工程学院,武汉430074)
摘要:基于齐次变換矩阵,提出一种笛卡尔空间内的机器人轨迹规划方法。该轨迹规划方法首先引
入关节属性来预知轨迹示教点的位置是否合适,然后以机器人末端执行器的轨迹特征和齐次位姿矩
阵的优势为基础,将机器人笛卡尔空间内的轨迹规划划分为平动和转动轨迹规划,建立平动和转动
轨迹方程,进行位置和姿态的插补。该轨迹规划方法适用于机器人笛卡尔空间的直线和圆弧轨迹规
划,不仅克服了工业机器人原有轨迹规划方法中由于机器人的奇异性和欧拉角算法所引起的缺点,
而且具有概念直观、规划路径准确、可操作性强的特点。
关键词:齐次变换矩阵;轨迹规划;关节属性;
中图分类号:TH132;TC659
文献标识码:A
A Method of Robot Trajectory Planning Based on Homogeneous Transformation Matrin
SHEN Ya-qiong, YE Bo-sheng, XIONG Shuo
(School of Mechanical Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan
430074, China)
Abstract Based on homogeneous transformation matrix, a method of trajectory planning for robot in carte
sian space is put forward. In the method joint attribute is first introduced to predict whether the position of
demonstration points is appropriate. Then, based on the trajectory characteristics of the robots end effector
and the advantage of homogeneous transformation matrix, the trajectory planning in the robot s cartesian
space is subdivided into translation and rotation trajectory planning, based on which the equation of transla-
tion and rotation traiectory can be founded and the interpolation of position and posture can be proceeded
he method is available for both arc and line trajectory planning for robot in cartesian space. It not only 0-
vercomes the original shortcomings of trajectory planning method caused by the singularity of robot and Euler
angular algorithm but also has many characteristics, such as visualized concept, accurate path planning and
strong maneuverability
Key words: homogeneous transformation matri; joint attribute; euler angle; trajectory planning;
0引言
稳
在关节空间的轨迹规划是以关节角度的函数来描
机器人系统依据运动的轨迹来工作,其效率和工述机器人轨迹的,在笛卡尔空间进行规划是将机器人
作质量的优劣与轨迹规划的好坏密不可分。为此,手部位姿、速度和加速度表示为时间的函数,而相应的
研究机器人轨迹规划的方法是尤为重要的。所调轨关节位移、速度和加速度由机器人手部信息导出。
迹,是指操作臂在运动中的位移、速度和加速度。而机关节空间的轨迹规划,不必在笛卡尔坐标系中描述两
器人轨迹规划就是根据机器人需要完成的任务,来设个路径点的路径形状,计算简单、容易,且不会发生机
计机器人的运动规律”。轨迹规划可以在笛卡尔空间构的奇异性问题。但如果要求机器人末端执行器按
和关节空间中进行,但都要求所规划的轨迹函数必须照预定的路径运动或要求绕过障碍物,关节空间法是
连续且平滑,以保证机器人的末端执行器的运动平无法实现的,而需要采用笛卡尔空间法。并且机器人
收稿日期:2013-05-2
基金项目:“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项“开放式高档数控系统、伺服装置和电机成套产品开发与综合验证
(20127X04001012);“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项“高精度、高分辦力绝对式光栅旋转编码器研制”
20122X04001041):高等学校博士学科点专项科研基金(新教师基金课题):基于机床动力学得复杂曲面轨迹优化技术研究
(20090142120035)
作者简介:沈雅琼(1988-),女,甘肃景泰人,华中科技大学硕士研究生,研究方向为工业机器人控制,(E-mail)yaqionghappy(@126.com;
通讯作者:叶伯生(1966-),男,湖北黄网人,华中科技大学副教授、博上,研究领域为数控技术,机器人控制等,(E-mail)ye-
bosh@②mai.com