路径规划和轨迹规划

一、 无人车的运动规划和轨迹规划

路径规划(motion planning):不考虑临时或者移动障碍物的前提下进行的规划;轨迹规划(trajectories planning):考虑实际临时或者移动障碍物,考虑速度,动力学约束的情况下,尽量按照规划路径进行轨迹规划。如果没有障碍物,A,B两点间的运动规划和轨迹规划是一个概念。

二、机械臂的轨迹规划

首先,机械臂的轨迹规划必须考虑空间障碍物的存在。

1. 正向运动学

路径规划和轨迹规划_第1张图片

2. 逆向运动学

灵巧工作空间:机械臂末端执行器可以从各个方向到达的空间区域。

可达工作区间:机械臂末端执行器至少从一个方向上有一个方位可以到达的区域。

6自由度机械臂末端位置逆运动学的解:一个末端位置的解的最大数和等于零的连杆长度参数有关,非零连杆长度数目越多,解的个数越多,对于6R机械臂,最多可达到16个。

路径规划和轨迹规划_第2张图片

6自由度机械臂,计算数值解比计算解析解(封闭解)耗时,所以现在机械臂设计都让其含有解析解,以简化求解过程。存在解析解机械臂的充分条件:三个相邻的关节轴线相较于一点。当今6自由度机械臂,几乎都有三根相交轴。

3. 对于多关节机械臂的轨迹规划问题,已知末端位置变化,通过雅各比矩阵运用逆运动学求出个关节角相应的变化。

4. 机械臂的轨迹是指:每个自由度的位置,速度和加速度的时间历程。

最理想的状态是给定工具坐标系和工作台坐标系,由计算机规划出一条路径。但实际过程中要加入一些列的中间点(其实叫做中间坐标系,表示了工具的位置和姿态,作为过渡点,),以及考虑各中间点的时间间隔。

4.1 关节空间的规划方法

4.1.1利用多项式法:通过静运动学变换矩阵和终止时刻末端位置可以计算出各关节角度,然后再利用多项式轨迹规划的方法,规划出一条期望轨迹,且各关节之间期望轨迹互相独立,同时进行。

路径规划和轨迹规划_第3张图片

图:三次多项式轨迹规划特点,除了初始,终止时刻,速度均不为零,速度为抛物线,加速度为直线。

单目标点时只用一次轨迹规划就可以,但实际情况会有插入若干个中间点,类似于单目标点轨迹规划,每个中间点看做一个末端位置,使用若干次多项式轨迹规划方法,但此时末端位置(中间点)的速度不为零。

4.1.2 与抛物线拟合的线性函数

路径规划和轨迹规划_第4张图片

这种方法,也可以插入若干中间点。

4.2笛卡尔空间规划方法

4.3路径的实时生成

首先,路径规划和路径生成的区别:路径规划是静止状态下利用多项式轨迹规划的方法规划出来的虚拟路径,是一组数据;而路径生成,是路径生成器利用这些数据实时更新theta,dot_theta,ddot_theta,生成路径。

三、无人车轨迹规划与机械臂轨迹规划的区别

无人车轨迹规划是把车看成一个质点,在笛卡尔空间下的规划;机械臂的轨迹规划要考虑每个关节电机的变化,在关节空间下进行规划。但两者在轨迹上都是运动学的规划,实际运行时需要考虑动力学的约束。

四、机械臂轨迹规划的学习指南

 

你可能感兴趣的:(机器人导学)