[1]朱峰刚.关节速度约束下六轴机械臂空间运动轨迹规划方法[J].机械与电子,2023,41(03):44-49.
　ZHU Fenggang.Spatial Trajectory Planning Method of Six Axis Manipulator under Joint Velocity Constraints[J].Machinery & Electronics,2023,41(03):44-49.
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关节速度约束下六轴机械臂空间运动轨迹规划方法()

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《机械与电子》[ISSN:1001-2257/CN:52-1052/TH]

Title:: Spatial Trajectory Planning Method of Six Axis Manipulator under Joint Velocity Constraints

Author(s):: ZHU Fenggang; ( Engineering Skills Practical Training College , Xinjiang Institute of Engineering , Urumqi 830023 , China )

Keywords:: throttle speed constraint ; six axis manipulator ; spatial trajectory ; forward kinematics solution ; quintic polynomial interpolation

摘要:: 六轴机械臂在空间运动时,极易因速度和加速度突变导致运动轨迹出现随机波动,无法做连续性的运动。基于此,提出一种关节速度约束下机械臂空间运动轨迹规划方法。从运动学正解和逆解 2 个方面对机械臂建模,利用上关节 D-H 法分析同一位姿下,基座与末端执行器间的总变换过程。将不同的关节转角组合,辅助后续最优轨迹规划。利用三次和五次多项式插值构建末端执行器的插值函数,以执行器在不同坐标下关节角度为参考变量,求得角度、角速度和角加速度的值,完成运动轨迹规划。仿真实验表明,所提方法的运动轨迹可保证机器人平稳运行,连续性得到提高,从起始点至终止点整个过程中都没有出现明显震动情况。

Abstract:: When the six axis manipulator moves in space , it is very easy to cause random fluctuations in the trajectory due to sudden changes in velocity and acceleration , and fail to make continuous motion.Based on this , a spatial trajectory planning method of the manipulator under joint velocity constraints is proposed.The manipulator is modeled from the forward and inverse kinematics solutions , and the total transformation process between the base and the end effector is analyzed by using the upper joint D-H method. Different joint angles are combined to help the subsequent planning of the optimal trajectory.The interpolation function of the end effector is constructed by cubic and quintic polynomial interpolation.Taking the joint angle of the actuator in different coordinates as the reference variable , the values of angle , angular velocity and angular acceleration are obtained to complete the motion trajectory planning.In the simulation experiment , the trajectory of the proposed method can ensure the smooth operation of the robot and improve the continuity.There is no obvious vibration from the starting point to the ending point.

[ 1 ] 林浒,刘飞 . 基于速度前瞻的数控运动轨迹控制及平滑处理[ J ] . 小型微型计算机系统, 2020 , 41 ( 2 ): 445-448.

[ 2 ] 孙宇,王瑞强,齐晓志,等 . 椎板减压手术机器人运动学分析与轨迹规划[ J ] . 机械设计与制造, 2020 ( 5 ): 281-284.

[ 3 ] 李克讷,张增,王温鑫 . 基于伪逆的导轨机械臂关节速度纠偏运动规划方案[ J ] . 计算机应用, 2020 , 40 ( 12 ):3695-3700.

[ 4 ] 陈雨,周青华,何世琼,等 . 结合 IMask R-CNN 的绳驱机械臂视觉抓取方法研究[ J ] . 计算机应用研究, 2021 ,38 ( 10 ): 3093-3097.

[ 5 ] 李克讷,张增,莫巧良,等 . 指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案设计 [ J ] . 现代制造工程,2021( 1 ): 52-57 , 141.

[ 6 ] 段现银,朱泽润,孙朝阳,等 . 逆解多目标优化的六自由度机械手轨迹规划[ J ] . 系统仿真学报,2021 , 33 ( 9 ):2128-2137.

[ 7 ] 徐剑琴,李克讷,杨津,等 . 冗余度机械臂零初始加速度运动规划方案研究 [ J ] . 计算机仿真, 2020 ,37 ( 1 ):311-316.

[ 8 ] 葛佳昊,董欣心,田维勇,等 . 基于动力学 RRT 的自由漂浮空间机器人轨迹规划[ J ] . 航空学报, 2021 , 42 ( 1 ):176-185.

[ 9 ] 赵天闻,薛亚红,包倩倩 . 基于 ADAMS 的大型重载车辆车轮装配机械手运动学及动力学仿真分析[ J ] . 机械设计,2021 , 38 (增刊 1 ): 27-31.

[ 10 ] 朱萌,张豪,孙以泽,等 . 基于 ROS 的 6 自由度机械臂运动轨迹规划[ J ] . 组合机床与自动化加工技术, 2021( 4 ): 1-3 , 9.

[ 11 ] 贾庆轩,袁博楠,符颖卓,等 . 关节锁定空间机械臂负载操作能力评估与轨迹规划[ J ] . 控制与决策, 2020 ,35 ( 1 ): 243-249.

[ 12 ] 唐润智,李铁军,杨冬 . 关节型机械臂高承载轨迹规划方法研究[ J ] . 机械传动, 2020 , 44 ( 7 ): 1-9.

[ 13 ] 郑嫦娥,高坡,赵燕东,等 . 基于分步迁移策略的苹果采摘机械臂轨迹规划方法[ J ] . 农业机械学报, 2020 ,51 ( 12 ): 15-23.

[ 14 ] 马宇豪,梁雁冰 . 一种基于六次多项式轨迹规划的机械臂避障算法[ J ] . 西北工业大学学报, 2020 , 38 ( 2 ):392-400.

[ 15 ] 江鸿怀,金晓怡,邢亚飞,等 . 基于粒子群优化算法的五自由度机械臂轨迹规划 [ J ] . 机械设计与研究,2020 , 36 ( 1 ): 107-110.

备注/Memo:: 收稿日期: 2022-01-20
基金项目:国家级大学生创新创业项目( 202110994008 )
作者简介:朱峰刚 ( 1984- ),男,甘肃武威人,实验师,研究方向为电气控制。

更新日期/Last Update: 2023-04-07