机械手空间圆弧位姿轨迹规划算法的实现-哈尔滨工业大学学报.PDFVIP

第４４卷　第７期 哈　尔　滨　工　业　大　学　学　报 Ｖｏｌ４４ Ｎｏ７ 　 　 ２０１２年７月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＡＲＢＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｊｕｌｙ２０１２ 　　　　　　 机械手空间圆弧位姿轨迹规划算法的实现 任秉银，梁兆东，孔民秀 （哈尔滨工业大学 机电工程学院，１５０００１哈尔滨） 摘　要：为提高机械手的空间圆弧作业任务的轨迹精度，提出采用齐次矩阵和四元数法分别进行位置和姿 态的轨迹规划方法．对于位置规划，先对空间圆弧所在平面的圆心角做归一化处理，再按照平滑角速度曲线 规划位置轨迹上的插值点，并用齐次矩阵表示插补点的位置，保证了插补点的位置始终在所求圆弧上．姿态 ２ 规划采用四元数圆弧曲线函数以及分段三次有理插值保形样条函数实现 连续的姿态轨迹．算例验证表 Ｃ 明，提出的位姿规划方法能够保证机械手末端执行器的轨迹精度，在位置精度及姿态平稳过渡有较高要求的 机械手的实际应用方面有推广价值． 关键词：机械手；空间圆弧；位置轨迹规划；姿态轨迹规划；四元数曲线 中图分类号：ＴＰ２４２ 文献标志码：Ａ 文章编号：０３６７－６２３４（２０１２）０７－００２７－０５ Ａｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｔｈｅｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｏｆｃｉｒｃｕｌａｒｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｏｆｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ ＲＥＮＢｉｎｇｙｉｎ，ＬＩＡＮＧＺｈａｏｄｏｎｇ，ＫＯＮＧＭｉｎｘｉｕ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１５０００１Ｈａｒｂｉｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｒｃｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｐａｓｓｉｎｇｔｈｅｎｏｎｃｏｌｌｉｎｅａｒｔｈｒｅｅ ｐｏｉｎｔｓ，ａｎｅｗａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ’ｐｏｓｉｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｍａｔｒｉｘａｎｄｑｕａｔｅｒｎｉｏｎｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｆｏｒｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇ，ｔｈｅｃｅｎｔｒａｌａｎｇｌｅｏｆｔｈｅａｒｃｉｎ ｓｐａｃｅｉｓｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ，ｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｐｏｉｎｔｓａｒｅｐｌａｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｍｏｏｔｈａｎｇｕｌａｒｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｕｒｖｅａｎｄｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂｙｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｍａｔｒｉｘ，ａｌｌｔｈｅｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｐｏｉｎｔｓａｒｅｏｎｔｈｅｄｅｍａｎｄｅｄａｒｃ．Ｂｙｕｓｉｎｇ ２ ｃｉｒｃｕｌａｒｂｌｅｎｄｉｎｇｑｕａｔｅｒｎｉｏｎｃｕｒｖｅａｎｄａｐｉｅｃｅｗｉｓｅｒａｔｉｏｎａｌｃｕｂｉｃｓｐｌｉｎｅｔｏｇｅｔｈｅｒ，ａＣｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｐａｔｈｗｈｉｃｈｓｍｏｏｔｈｌｙｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｅｓｔｈｅｇｉｖｅｎｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｐｏｓｉｔｉｏｎｓｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘ ａｍｐｌｅｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｐｌａｎｎｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｃａｎｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｅｎｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ ，ａｎｄｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄ