六自由度机械臂轨迹规划研究与仿真

曾 波，吴钦木，郑 飞

（贵州大学 电气工程学院，贵阳 550025）

0 引 言

近年来，机械臂在各个领域得到广泛的应用与认可。现如今的机械臂为适应各种特殊与复杂的工作状况，自由度的数目也越来越多［1］，而机械臂数目的提高带来的是整个机械臂控制系统复杂度的增加。轨迹规划是整个机械臂运动系统中十分重要的组成部分［2］，因此合理有效的轨迹规划算法，是保证机械臂准确高效运行的关键所在。轨迹规划通常又可分别在笛卡尔空间以及关节角度空间中进行［3］，根据轨迹规划的初始条件，两种规划方法又可以互相转换。相比笛卡尔空间中的规划方法，前者计算相对简单并且不会发生机构的奇异性问题［4］。在笛卡尔规划空间中最明显的特点就是末端轨迹能直接确定，但需要进行庞大的求逆解运算工作，这也是笛卡尔空间规划下出现角速度失控的主要原因。因此，该方法主要用于特殊的工况作业，而如今机械臂的控制系统大多都采用关节空间轨迹规划的方法［5］。

本文以六自由度机械臂PUMA560为研究对象，在Matlab下通过Matlab Robots Toolbox中的函数进行编程，创建该机器人的运动学模型［6］。在关节空间中利用三次均匀B样条插值算法，完成经过多个中间节点的始末两点间的轨迹规划，得到各个关节角度变化曲线［7］。通过运动学求解，可以由机械臂6个关节的角度变化函数，计算得到机械臂末端的运动轨迹。将角度变化曲线映射为时间变量的函数，得到关节与时间对应的函数关系曲线表达式，机械臂的角速度和角加速度可由关节时间函数依次求导得到［8］，实现机械臂的轨迹规划与仿真。……