第3章 机器人轨迹规划
第3章 机器人轨迹规划
3.1 机器人轨迹规划概述
3.1.1 机器人轨迹的概念
机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度和加速度。 机器人在作业空间要完成给定的任务，其手部运动必须按一定的轨迹(trajectory)进行。轨迹的生成一般是先给定轨迹上的若干个点，将其经运动学反解映射到关节空间，对关节空间中的相应点建立运动方程，然后按这些运动方程对关节进行插值，从而实现作业空间的运动要求，这一过程通常称为轨迹规划。工业机器人轨迹规划属于机器人低层规划，基本上不涉及人工智能的问题，本章仅讨论在关节空间或笛卡尔空间中工业机器人运动的轨迹规划和轨迹生成方法。
机器人运动轨迹的描述一般是对其手部位姿的描述，此位姿值可与关节变量相互转换。控制轨迹也就是按时间控制手部或工具中心走过的空间路径。
3.1.2 轨迹规划的一般性问题
机器人的作业可以描述成工具坐标系{T}相对于工件坐标系{S}的一系列运动。例如，图
3.1所示将销插入工件孔中的作业可以借助工具坐标系的一系
图3.1 机器人将销插入工件孔中的作业描述
列位姿Pi (i=1，2，…，n)来描述。这种描述方法不仅符合机器人用户考虑问题的思路，而且有利于描述和生成机器人的运动轨迹。
用工具坐标系相对于工件坐标系的运动来描述作业路径是一种通用的作业描述方法。它把作业路径描述与具体的机器人、手爪或工具分离开来，形成了模型化的作业描述方法，从而使这种描述既适用于不同的机器人，也适用于在同一机器人上装夹不同规格的工具。有了这种描述方法就可以把如图3.2所示的机器人从初始状态运动到终止状态的作业看做是工具坐标系从初始位置{T0}变化到终止位置{Tf}的坐标变换。显然，这种变换与具体机器人无关。一般情况下，这种变换包含了工具坐标系位置和姿态的变化。
图3.2 机器人的初始状态和终止状态
在轨迹规划中，为叙述方便，也常用点来表示机器人的状态，或用它来表示工具坐标系
