六自由度机械臂轨迹规划与仿真研究

2012年04月10日13:23:25 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

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孙　亮，马　江，阮晓钢
北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京

摘　　　要：针对六自由度链式机械臂在进行正运动学、逆运动学以及轨迹规划仿真时，不易直观地验证运动学算法的正确性和轨迹规划的效果，在正确建立机械臂数学模型的基础上，重点分析了机械臂在关节空间中轨迹规划的两种实现方法，并采用三维运动仿真进行了验证。开发了一套六自由度机械臂三维仿真软件，该仿真软件在ＶＣ＋＋６０开发平台上，首先利用分割类将基于ＭＦＣ框架的窗口分割成为控制窗口和视图窗口两部分，然后利用ＯｐｅｎＧＬ的图形库对机械臂进行建模，首次将正运动学、逆运动学以及轨迹规划算法融入其中开发而成。该仿真软件有效地验证了机械臂运动学模型建立的正确性，同时也对三次多项式和五次多项式两种轨迹规划方法做了直观的比较，结果表明后一种轨迹规划效果明显优于前一种。

关　键　词：机械臂；运动学分析；轨迹规划；运动仿真

１　引　言
六自由度链式（６Ｒ）机械臂的轨迹规划既可以在关节空间，也可以在直角坐标空间中进行。由于在关节空间中进行轨迹规划是直接用运动时的受控变量规划轨迹，有着计算量小，容易实时控制，而且不会发生机构奇异性［１］等优点，所以经常被采用。但是这种方法难以确定各杆和末端抓持器位置，所以开发一套能够直观地监视机械臂各个部分运动的三维仿真软件变得极为重要。文献［２］在Ｍａｔｌａｂ平台下开发了Ｒｏｂｏｔｉｃｓ工具箱，能够通过函数实现对机器臂进行正、逆运动学以及轨迹规划分析，实现了简单的运动学仿真。文献［３］基于ＯｐｅｎＧＬ图形库开发了一套机械臂仿真系统，实现了机械臂的正、逆运动学仿真。文献［４］利用文献［３］的方法，且通过定时器，不断刷新视图，达到了动画的效果，但是并没有提供具体的轨迹规划算法。本文首次将轨迹规划算法融入开发的六自由度机械臂三维仿真软件中，有效直观地验证了两种插值函数轨迹规划的效果。

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