lspb轨迹规划：为模块化设计机器人手臂的应用
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n we a to of is of of of C A in 2007 , in he be of in . of is in 980s 2. 63 a is as 1. 75cm It 2 of in in is a a It of 83cm 1kg of an of so AN is a C a 24V. a so it is to C is a is in by to so we of is C a . of of of to a it is to a DH be to of of a of is 3. of 2 H is a is a is a to it a of be by 5 As x2 y3 in is is at a of or x0 y1 d2 by . is:is is a is . of . RMi 0 180290 0 328 1803 0 120490 0 180+1805 0 120 is in 1); is it a is is in 2). 2 v / a ( a v ) /(v a)(1)4 / a(2)tf is a is v is is tf is tc of is in 3), of is as 4):6 60 0 180+180 t t / 2 (2c f ( a (3)We of i a t2 f i) /(4 ) 0 t , so of of s (t ) ia (t f a 0.5 t (t tf c ) (4)To (tf t we of 4. of of of We to we of of we is up”to at To to 4) to s we we at (1) to s 2) of is to 1)-(4), of is tc tf 90 0, 00. 5, 6. we of is . is by As to of is 9. so it is to as a is as is C+is is as as of I. F F s) 50100500. of 03030353570 130140140145145200 . of at a of of by to to in In is 0, of 0of . is 5As we in we do 50100500 . of . of a is of is to In of to in So a to be a to 863 o. A in 2006 D. P. . “MU of 4731988.3 2009.4 i, “on 008, 5 . . Sa“ 9, 2006.6 . “ ,9(1),42003.7 A. V. “A of 006.8 D. 17(5) , 2000.9 m, “of a C a , 2007.迹规划：为模块化设计机器人手臂的应用 李献华，潭里，丰校尉，荣海亮 . 机电工程与自动化学院 上海大学 上海，中国 要： 在本文中，我们报告一个家庭服务机器人多传感器和模块化的武器。根据卫生署公约，建立了机器人手臂的坐标系统。直接和逆运动学求解方法介绍了。由于加速度和手臂的速度模块化是有限的，所以 迹规划方法为我们设计的机器人手臂。仿真和实验结果我们的模块化机器人的手臂了。 关键词： 逆运动学；模块化 一、引言 命的领导人比尔盖茨提出了 一个文件命名为“天天家园”在科学的机器人美国在一月， 2007，在该文件中，他预言下一个热门领域是机器人和机器人会成为在未来 1 每一个家庭的一个成员。现在的发展家用服务机器人的方向是智能的，光重量和模块化。第一可重构模块机械手系统（ 立于卡耐基在上世纪 80年代，梅隆大学 2 。金融支持从国家 863计划中国（家庭服务多机器人系统），我们的实验室已开发出一个家庭服务机器人，二六自由度模块化武器多传感器如图 1所示。我们的机器人是 175厘米高 95重量。它具有 22个自由度，由两个在起落架，两腰，两臂 十二，六头。该平台是配备了语音识别系统，电话和手机短信控制系统无线网络控制系统。该传感器包括一个激光扫描仪，一个三目视觉传感器，天花板相机电子罗盘。它能够自主导航和移动在家庭的相对非结构化环境。每一个模块化的臂长和 7831公斤的重量只有，这降低了整个机器人的重量。有足够的电池电源，它可以约半个多小时的工作。每一个模块化臂由七个模块组成：六的接头一个夹持器，所以两个手臂有十四个模块。臂控制器与这些模块通过 线。每一个模块是一个无刷直流伺服电机集成，完整的性能和控制电子装置，制动和谐波齿轮传动。这 两个控制电子电路板和电机采用 24以它是铺设电线，非常方便信号线。无刷直流伺服电机的控制内部逻辑，其接收所需的参数 控制器。 当模块执行一个动作，这位置的实时监控，以及所需的数据由传感器发送回的内在逻辑，所以我们可以得到数据模块的时刻。模块接口的基础在一个标准的操作系统标准的 件，所以我们可以很容易地将许多商业上可用的插件外围设备。 图 1。家用服务机器人的图 二、 直接和逆运动学分析 直接运动学方程建立功能关节变量和端 部执行器之间的关系位置和方向。逆运动学问题由关节变量的测定对应于一个给定末端执行器的位置和方向。计算直接的运动学方程，它是可能的为臂结构， 数表的度假胜地，这可以从底座的端部的鉴定。最后的三个关节的机器人手臂形成典型的球形手腕结构，但前三个关节的结构是不同的从彪马机器人 3 。 坐标系统在图 2和 数中指定的表示 . 图 2。 坐标的一个臂架 表一 ： 为 H 参数 我们可以很容易地解决臂运动学依据数据表所列，所以一旦手臂的关节角度了，手臂的末端执行器的位置和方向计算。的逆运动学求解，几何和代数的解决方法。在最初的三关节角度，我们使用几何方法，和最后三，我们用代数方法结合第一的价值观三个角的 4 。这种臂，存在八个解决方案当 端部执行器的位置和取向的价值观指定的。我们使用“最小路径”的规则选择一个从八种解决方案：首先选择一个解决方案两种解决方案的第一关节；然后从中选择一种两种解决方案的第二和第四节分别用同样的方法；最后得到唯一解臂。 三 、 抛物线过渡的 线性段轨迹（ 该 迹，速度是“上升”其具体价值最初然后“斜坡”在目标位置。要做到这一点轨迹分三个主要部分：第一部分是一个二次多项式，二部分是一个线性函数，和最后一个部分也是一个二次多项式。 迹开关之间的最大值，最小，和零加速实现时间最优运动同时遵守速 度限制，并允许直接是否产生的速度和验证加速度可以用物理机械支持机械手 5。通常这种方法只需要初始和关节角度，旅行时间和角加速度或角速度，但在实践中，用户提供的选项指定的速度和加速度的百分比相对于的最大允许速度和加速度；这选择的目的是避免发生时的规范一个很短的运动时间是太的速度和 /或加速度值很大，超由机械手实现 3 。当最后的位置，速度和加速度是指定的，旅行时间是当然。 迹规划方法的条件：初始速度是零，无论是初始和最终的加速度恒定的。两种可能：一是手臂可以达到它的最大速度，梯形速度剖面是 分配，和旅行时间计算公式（ 1）；二是可以没有达到它的最大速度，一个三角形的速度分布是分配，和旅行时间计算公式（ 2）。 旅行时间，一个是加速度， V 是速度，和行驶距 离。一旦 算， 3），和下面的产生的序列的多项式（ 4）： 我们用上面的方法来计算旅行时间每一个关节，选择最大长时间从六的 结果 旅行时间，然后用（ 4）计算各共同的序列点。因为我们分配相同的时间每一个关节，我们确保每一个接头可到达目标时同一时间。 为 迹规划，有两个优点波纹管： （ 1）没有必要指定臂的旅行时间； （ 2）在运行的算法之前，运动范围（速度和加速度最大值）指定。 当给出最终的位置，速度和加速度，轨迹是确定根据方程（ 1） -（ 4），和的 迹图如图 3所示。 图 3。 与抛物线混合轨迹线性段 四、 仿真和实验 模块化是不同于工业机械手的手臂。工业机械手一般由专用的控制器。升级变得昂贵和接口变得复杂，由于硬件和软件的冲突机械手的灵活性降低 9 。每一个模块具有相同的接口，便于结合模块作为一个机器人手臂。我们的模块化臂，英特 尔奔腾酷睿 2工业计算机作为中心控制器，控制软件采用 实现编程语言。因为模块是高度集成，速度不快的工业机器人，运动约束的数字值列于表2。 表二。关节的运动限制值 如果想要 抓 住 一瓶水，第一个服务机器人得到这瓶位置的三目视觉传感器，改变坐标到臂坐标系统，计算的逆运动学的选择只有一个利用上述方法解决。从手臂的移动初始使用 迹最终接头结构在给定的最终位置规划方法，加速速度。在这个实验中，最后的位置由下式给出三目视觉传感器，加速度和速度是50， 70。针对 作系统与现实该模块的数量，控制器的插值节点位置每50初和最后的位置的手臂如图 4。使用上面的轨迹规划轨迹相对平稳，与臂可以完成其工作 5准确性。我们可以得到的位置和实时的从模块的速度，我们 用第六节。使用 迹规划模块，从 90到 90，加 50和速度 40。仿真曲线如图 5所示，和试验结果如图 6所示。从图片，我们可以看到，这两个位置和速度曲线是光滑的和加速度的整体趋势是一致的仿真曲线。 图 4。最初和最后的手臂的位置 图 5。仿真结果的位置，速度和加速度 图 6。实验结果的位置 ， 速度和加速度 五、 结论和未来的工作 在这项工作中，一个模块的臂的运动学模型建立了，无论是直接和逆运动学求解，和 迹规划设计下臂运动给加速度条件下，速度和最终位置。采用模拟方法比较试验结果。在实验中，手臂被瓶子的位置通过三目视觉传感器，移动到的位置使用在插值的时间 迹规划方法 50功把握对象。因此，校正运动学算法和 迹规划方法证明了。未来的工作包括：一个有界的冲击轨迹设计因为 法生成的规划方法不连续的加速度和扭矩引起的关节运动会延迟相对于参考轨迹，并添加一个
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