机器人运动规划与视觉伺服控制算法研究
1. 运动规划问题的提出与建模
在机器人运动规划中,速度规划是一个关键问题。为了描述机器人的运动,我们引入广义坐标 (x \in R^p) 来表示具有 (p) 个自由度的机器人的构型。曲线 (x(s) : R \to R^p),其中 (s \in [s_1, s_N]) 代表机器人的运动路径。通过一个可微的单调递增函数 (s(t) : R \to R)((t > 0))将路径参数 (s) 表示为时间 (t) 的函数,那么 (x(s(t))) 就构成了机器人的轨迹。
根据运动学关系,我们可以得到速度和加速度的表达式:
(\dot{x} = x_s \dot{s}),(\ddot{x} = \frac{1}{2}x_s \dot{s}^2_s + x_{ss} \dot{s}^2)
其中 (( )_s) 和 (( )_{ss}) 分别表示对 (s) 的一阶和二阶导数。
机器人的执行器扭矩 (\tau) 和外部扳手 (w) 可以通过机器人动力学方程表示为 (\dot{s}^2_s) 和 (\dot{s}^2) 的线性函数:
(\begin{bmatrix} w \ \tau \end{bmatrix} = M(x)\ddot{x} + c(x, \dot{x}) + g(x) = a(s) \dot{s}^2_s + b(s) \dot{s}^2 + g(s))
其中 (a(s) = \frac{1}{2}M x_s),(b(s) = M x_{ss} + c(x, x_s)),(M(x))、(c(x, \dot{x})) 和 (g(x)) 分别表示质量矩阵、广义科里奥利力和重力项
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