機器人軌跡時間同步方法有哪些

一般而言，多軸機器人的任務一般是通過控制末端工具的位置和姿態(tài)來完成，會涉及位置和姿態(tài)兩個量 ， 所以在軌跡規(guī)劃時需要考慮二者的時間同步

即在同一規(guī)劃時間內(nèi)機器人末端要滿 足軌跡的位置 和姿態(tài)的聯(lián)動，這就對控制算法提出了更高的要求。

由于驅動系統(tǒng)飽和限制或任務要求，對機器人的運動速度和加速度有一定的約束。

為了分別滿足位置和姿態(tài)的速度、加速度幅值約束，往往需要分別對位置和姿態(tài)進行時間同步的軌跡規(guī)劃，保證機器人的位置和姿態(tài)同時到達期望值。

除了機器人位置和姿態(tài)用到時間同步外，多機器人協(xié)作，軌跡同步（如電子凸輪，主從運動等）也需要進行時間同步。

機器人軌跡時間同步方法目前主要有如下四種。

（1）直接規(guī)劃法。該方法可以在約束條件下，保持給定的加速度，盡可能以最高速度運行，勻速時間較長，可以達到最高的效率。

但是對于不同的加減速度算法，時間同步規(guī)劃的方法不能共用，例如梯形加減速直接同步規(guī)劃并不復雜，計算效率較高。

但是S型等復雜加減速，要實現(xiàn)指定運行時間的同步規(guī)劃則相當復雜。

梯形速度時間同步基本步驟是：梯形時間最優(yōu)速度規(guī)劃—》獲得最大運行時間做同步時間—》以同步時間重新規(guī)劃時間小的曲線。

直接規(guī)劃法可以盡可能保證起步速度與末速度的不變，更適用于連續(xù)軌跡，速度前瞻控制等場合。

這種方法的缺點是如果位置 和姿 態(tài) 的 規(guī)劃位移量相差過大 ，會導致規(guī)劃 時間無法在規(guī)定的運動參數(shù)內(nèi)拉長至相等，無法完成時間同步，這時需要對末速度和起步速度進行修改。

如下圖，時間最優(yōu)的軌跡為紅色曲線，通過時間同步，將其運動時間同步到更大的指定時間，即藍色曲線。

（2）時間縮放法。該方法會降低加速度，延遲加速度和減速時間，勻速運行時間較短。

該方法不管何種減速，對運動時間進行縮放，都可以使用統(tǒng)一的方式實現(xiàn)時間同步，時間縮放法可以用于機器人位姿時間同步，也可以用于對原始軌跡進行修改。

例如，在軌跡規(guī)劃階段未考慮系統(tǒng)的于東學飽和及動力學飽和限制，可能導致速度，加速度或力超過允許的范圍，那么可以使用時間縮放法增加軌跡的時間。

時間縮放法的缺點是只適合單段路徑的規(guī)劃，在連續(xù)路徑中，銜接速度不為零且相鄰段的時間縮放因子不相同時，速度會發(fā)生跳變。

（3）廣義速度法。廣義速度法就是把所有需要規(guī)劃的位移量合成一個位移量進行規(guī)劃。

例如文獻［3］，對于位置和姿態(tài)的規(guī)劃，將移動軸x，y，z和姿態(tài)軸α，β， γ合成一個位移量進行加減速規(guī)劃，將求得的廣義速度進行分解。

這種方法雖然可以實現(xiàn)了位姿同步，但是同步方法沒有明確的物理意義，且同步容易造成某些軸的加速度和加加速度超限。

（4）雙樣條法。目前有關雙 NURBS 的研究文獻中，大多采用相同的節(jié)點矢量進行路徑擬合，而采用相同的曲線參數(shù)和完成雙 NURBS 插補。