軌跡規(guī)劃是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)，軌跡規(guī)劃的結(jié)果直接影響機(jī)器人工作過(guò)程中控 制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其可靠性。合理的軌跡規(guī)劃能夠使機(jī)器人順利完成空間復(fù)雜的軌跡曲 線，并準(zhǔn)確、快速、平穩(wěn)的到達(dá)指定位置，因此，機(jī)器人的軌跡規(guī)劃算法研宄具有重要 的理論意義和工程價(jià)值。
研究發(fā)現(xiàn)，在機(jī)器人的軌跡規(guī)劃中加入動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行軌跡優(yōu)化，得到的運(yùn)動(dòng)控制 擬合曲線能夠極大地提高機(jī)器人的運(yùn)行速度和穩(wěn)定性。由于運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型相結(jié)合 的軌跡規(guī)劃是基于理想系統(tǒng)模型的分析，所以不會(huì)增加系統(tǒng)的硬件成本，它是快速、高 效提高系統(tǒng)性能的一個(gè)有效手段，在Delta機(jī)器人的軌跡規(guī)劃中，將會(huì)把動(dòng)力學(xué)模型加 入到軌跡規(guī)劃中來(lái)。
為了更好地對(duì)關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃和工作空間軌跡規(guī)劃擬合曲線進(jìn)行分析，對(duì)兩種軌 跡規(guī)劃方法得到的Delta機(jī)器人工作空間整體擬合曲線進(jìn)行對(duì)比如圖3-19所示，紅色實(shí) 線和綠色虛線分別表示工作空間和關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃得到的工作空間擬合曲線，圖（a) 為工作空間內(nèi)的整體位移曲線圖，圖（b)為末端執(zhí)行器水平轉(zhuǎn)運(yùn)階段位移曲線放大圖，由圖可知，利用關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃方法得到的擬合曲線在水平轉(zhuǎn)運(yùn)階段y軸方向的抖動(dòng)大約為9mm，抖動(dòng)的主要原因有兩方面：第一，在關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃中，對(duì)拐彎半徑控 制點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，以減小Delta機(jī)器人末端執(zhí)行器抓取和釋放物體的豎直運(yùn)行階段x軸方 向的抖動(dòng)，但是，增加了水平轉(zhuǎn)運(yùn)階段y軸方向的抖動(dòng)；第二，在關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃中， 選取的工作空間關(guān)鍵點(diǎn)不對(duì)稱。圖（c)、（d)為Delta機(jī)器人末端執(zhí)行器抓取和釋放物 體的豎直運(yùn)行階段放大圖，由圖可知，關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃方法得到的擬合曲線在x軸方 向分別有0.6mm、0.8mm的輕微抖動(dòng)。工作空間軌跡規(guī)劃方法得到的擬合曲線在X、j 軸方向沒(méi)有抖動(dòng)，結(jié)合圖3-12和3-16可知，利用工作空間軌跡規(guī)劃方法得到的工作空 間擬合曲線明顯好于利用關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃方法得到的工作空間擬合曲線。
由于Delta機(jī)器人使用的直驅(qū)力矩電機(jī)精度較高，其旋轉(zhuǎn)編碼器的精度高達(dá) 405000c〇Unt, —般的伺服驅(qū)動(dòng)器難以達(dá)到如此高的控制精度，Copley驅(qū)動(dòng)器是使用成熟 的一類高性能驅(qū)動(dòng)器，其交流伺服驅(qū)動(dòng)器體積緊湊、輸出功率大并滿足所需的高精度控 制要求，所以選擇了 Copley交流伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)高精度直驅(qū)力矩電機(jī)進(jìn)行PID控制。
Delta機(jī)器人軌跡規(guī)劃目標(biāo)如下所示：滿足部分軌跡精確要求，滿足與時(shí)間相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位與速度要求；進(jìn)行軌跡優(yōu)化，降低系統(tǒng)中關(guān)鍵零部件的受力與沖擊；提高系統(tǒng)整體的速度、精度與部件壽命。
DMC-18X2系列運(yùn)動(dòng)控制卡可直接插入到PCI總線，具有高速通信、非易失程序存 儲(chǔ)器、高速編碼器反饋接收、高抗干擾性（EMI)等強(qiáng)大功能。DMC-18X2專為解決復(fù) 雜運(yùn)動(dòng)難題而設(shè)計(jì)，能夠用于涉及JOG、PTP定位、多軸聯(lián)動(dòng)、矢量定位、電子齒輪同 步、電子凸輪、多任務(wù)、輪廓運(yùn)動(dòng)等。控制器通過(guò)可編程加減速對(duì)軌跡進(jìn)行平滑處理， 可大大減小運(yùn)動(dòng)沖擊。為了滿足復(fù)雜輪廓平滑跟蹤，DMC-18X2還提供無(wú)限直線、圓弧 線段的矢量進(jìn)給。
本章主要闡述了 Delta機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)要的介紹了離線軌跡規(guī)劃和實(shí)時(shí) 在線軌跡規(guī)劃的應(yīng)用場(chǎng)合，并對(duì)兩種軌跡規(guī)劃的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了陳述，在Linux系統(tǒng)的機(jī) 器人操作系統(tǒng)ROS下搭建了機(jī)器人的軟硬件，編寫(xiě)了機(jī)器人的Galil運(yùn)動(dòng)控制卡程序， 從Copley驅(qū)動(dòng)器中分別讀取了三種軌跡規(guī)劃方法得到的運(yùn)動(dòng)控制曲線參數(shù)，證明了三 種軌跡規(guī)劃方法的實(shí)用性，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，得到了關(guān)節(jié)空 間和混合空間的軌跡規(guī)劃方法更適合機(jī)器人實(shí)際控制的結(jié)論。最后，為了實(shí)現(xiàn)用戶友好 型操作，編寫(xiě)了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制GUI界面。
上述Delta機(jī)器人的關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃及其動(dòng)力學(xué)軌跡優(yōu)化模型是對(duì)關(guān)節(jié)空間驅(qū)動(dòng) 電機(jī)的軌跡規(guī)劃及其動(dòng)力學(xué)優(yōu)化模型，動(dòng)力學(xué)優(yōu)化后，減小了所需驅(qū)動(dòng)電機(jī)力矩和功率 的峰值。由圖3-12可知，關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃擬合曲線經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解轉(zhuǎn)換得到的工作空 間擬合曲線，在末端執(zhí)行器豎直方向運(yùn)行階段，x方向的速度、加速度擬合曲線稍有抖 動(dòng)，擬合曲線的加速度峰值相差較大。考慮到工作空間的各種情況，例如，在某些特殊 情況下，抓取和釋放物體時(shí)豎直運(yùn)行階段水平方向不能抖動(dòng)，工作空間擬合曲線的加速 度峰值要求在一定范圍內(nèi)等，即要求機(jī)器人具有良好的工作空間性能。由于在工作空間 內(nèi)進(jìn)行軌跡規(guī)劃得到的擬合曲線一般具有良好的工作空間性能，為了實(shí)現(xiàn)上述要求，本 小節(jié)將對(duì)Delta機(jī)器人進(jìn)行工作空間的軌跡規(guī)劃。
為了保證Delta兩自由度高速并聯(lián)工業(yè)機(jī)器人高速、高精度的平穩(wěn)運(yùn)行，必須選擇 合理的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，本章節(jié)將會(huì)介紹Delta機(jī)器人使用的開(kāi)源機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS下 的硬件和軟件，包括視覺(jué)伺服、Galil運(yùn)動(dòng)控制卡、Copley驅(qū)動(dòng)器、直驅(qū)力矩電機(jī)和基于 Linux系統(tǒng)的機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS下的軟件控制界面，最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上一章節(jié)中 三種軌跡規(guī)劃方法的實(shí)用性。
機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS (Robot Operation System)是專為機(jī)器人軟件開(kāi)發(fā)所設(shè)計(jì)的一套電腦操作系統(tǒng)架構(gòu)，它是開(kāi)源的元級(jí)操作系統(tǒng)（后操作系統(tǒng)），提供類似操作系統(tǒng)的服 務(wù)，包括硬件抽象描述、底層驅(qū)動(dòng)程序管理、共用功能的執(zhí)行、程序間消息傳遞、程序 發(fā)行包管理，它也提供一些工具程序和庫(kù)用于獲取、建立、編寫(xiě)和執(zhí)行多機(jī)融合的程序。 ROS的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是便于機(jī)器人研發(fā)過(guò)程中代碼復(fù)用，是一個(gè)分布式的進(jìn)程框架，執(zhí) 行程序可以各自獨(dú)立的設(shè)計(jì)，松散的、實(shí)時(shí)的組合起來(lái)[67]。
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