第七章 机器人规划(拷).pptVIP

过路径点的用抛物线过渡的线性插值 根据上式便可求出： 对于最后一个路径段，路径点n-1与终止点n之间的参数与第一个路径段相似，即 (7.21) (7.22) 例7.1 要求一个六轴机器人的关节1在5s内从初始30o , 运动到75o，并且起始点和终止点速度均为零，用三次多项式规划该关节的运动，并计算在1s、2s、3s和4s时关节的角度。 解：把θ0和 θf的值代入式（7.6) 可得三次多项式的系数： 由此确定操作臂的位移、速度和加速度为： 代入时间求得 例7.2 要求一个六轴机器人的关节1在5s内从初始30o , 运动到75o，且起始点和终止点速度均为零，起始点角加速度和终止点角减速度均为5°/s2，用五次多项式规划该关节的运动。 解：把θ0和 θf的值代入式（7.12) 可得五次多项式的系数： 确定操作臂的为： 例7.3 要求一个六轴机器人的关节1用抛物线过渡的方法，以角速度ω=10o/s在5s内从初始角θ0=30o 运动到目的角θf= 70o，求所需的过渡时间并求关节的角位移、角速度和角加速度。 解：由 可得： 由式（7.16) 取 由θ= θ0到θa 、 θ= θa到θb 、 θ= θb到θf的角位移、角速度和角加速度分别为： 如果把凿岩机器人的每一个钻臂看作一个具有一个较高自治能力的机械手系统，那么凿岩机器人可视为一个特殊的多机械手系统，即是一种基于个体的多臂机器人系统。一般而言，多机械手组成的机器人可大幅度地降低生产成本，提高劳动效率，在不同领域都具有广阔的应用前景。从系统论的角度来看， 多机械手组成的机器人可认为是一个多机器人系统，其中每一个机械手可看作一个机器人。当前，多机械手系统或者多机器人系统的研究越来越成为研究的热点。最为突出的是，多机械手系统的组织与控制方式对系统性能的影响极大，如何组织由多个机械手构成的群体，以及在这样的群体中如何实现多个机械手之间的合作及任务规划是多机械手协同作业必须要解决的基本课题. 孔序任务动态规划系统 实际工程应用中，隧道凿岩机器人具有以下显著特点： 1、一般具有两个或多个机械臂，每个机械臂有着相同的结构，构成机械臂的关节比较多，每个机械臂都具有多个冗余自由度； 2、每个机械臂都能独立完成类似的作业（钻孔），并且各机械臂的工作区域相互有重叠，存在相互干涉和任务冲突； 3、工作区间内的作业任务点（钻孔位置），不存在一定的作业顺序，可随机选择； 4、机械臂完成每一作业任务（钻孔）的工作时间是不确定的，它受到外界环境的影响。 因此，凿岩机器人必须根据整体的任务要求，针对每一个机械臂进行任务分配和空间路径规划以获得较高的工作效率。根据上述特点可知：凿岩机器人作业时各机械臂都处在动态的、不确定的非结构环境中，系统不可能事先预知完整的、有关环境的全部障碍信息，故传统的基于环境的精确信息规划方法难以满足实际工作要求。在这种情形下，通过离线规划不可能找到一条程序化的无碰路径。在随时间变化的动态非结构性环境下，理论上可以频繁地进行重规划，但由于全局规划的计算负担太重，导致实际的规划总是滞后于实际障碍信息的变化。如何实现凿岩机器人的孔序任务动态规划，是实现凿岩机器人高度自主作业的最关键问题。 凿岩机器人孔序任务规划 一、凿岩机器人孔序任务规划的主要内容 孔序任务规划是凿岩机器人计算机软件的一个重要组成部分。从凿岩机器人实际应用的角度来看，孔序任务规划必须解决每个钻臂工作过程中必然要遇到的三个问题： 1.??? 要完成多少个孔？ 2.??? 哪些孔？ 3.??? 以什么样的顺序完成这些孔？ 在常规凿岩台车和计算机辅助凿岩台车中,这些问题的解决取决于操作人员的经验和主观判断。良好的孔序任务规划方法完全可以取代操作人员的这部分工作，这是凿岩机器人全自动化的必然要求。实现孔序任务规划应当能够达到以下几个目的： 1.合理分配各钻臂要完成的孔的数量； 2.钻孔过程中, 相邻钻臂要保持足够大的距离, 避免干涉的发生； 3.各钻臂总的功率消耗要尽可能的小。 可见，孔序任务规划一方面是机器人的任务规划；另一方面，孔序任务规划也是一个空间路径规划问题。 离线孔序任务规划是在完成爆破方案设计之后完成，在钻孔循环开始之前输入凿岩机器人的计算机系统。离线孔序任务规划的主要目的是为各钻臂提供一个初始行动方案,它假设各钻臂的钻孔周期基本固定,其间不会发生严重的卡钎或机械故障。但在实际工况下, 这些都很难得到保证。例如，某个钻臂钻某个孔时会遇到卡钎故障、机械故障等情况都具有很大的随机性，钻孔循环周期是不可预知的。显然，要求凿岩机器人在钻孔循环开始之后能够根据各个钻臂的实际进度进行判断,