摘要
随着现代制造业的发展，工业机器人凭借卓越的精准度和作业效率在生产应用中扮演了更加核心的角色。轨迹规划作为工业机器人领域中的基础研究方向，对提升机器人的性能和应用价值有重要影响。目前常用的直线和圆弧规划方法在多路径点的规划场景中存在连续性低的问题，机器人为了满足运动约束需要在轨迹上的非连续点处频繁加减速导致运行效率降低。因此，围绕工业机器人的轨迹规划问题，提出关于位姿规划和速度规划的改进方法，提高轨迹规划的连续性和运行效率。 基于改进Denavit-Hartenberg方法（DH方法）构建机器人正逆运动学模型，建立机器人末端执行器与各关节角度间的数学关系。将机器人简化为一个刚体系统，采用齐次变换矩阵描述机器人的位姿。在机器人关节上建立中间坐标系，利用平移和旋转操作推导出机器人的整体位姿关系，使用简洁普适的方法描述机器人运动学模型。给出机器人正运动学方程和逆运动学的代数封闭解，简化运动学的求解过程，提高求解效率。 针对位姿规划算法在多路径点时连续性低的问题，构造三次B样条曲线提高轨迹的连续性。对于机器人笛卡尔空间的几何路径规划，从位置及姿态两个方面展开研究。在位置规划方面，通过构建三次B样条曲线进行多路径的位置规划，提升位置轨迹的连续性。在姿态规划方面，考虑到欧拉角和轴角表示法在多姿态插值时存在的问题，引入四元数作为描述姿态的有效工具，并利用四元数的对数特性，通过三次B样条曲线实现姿态的连续插值。这种位姿规划方法有效地提高了轨迹的连续性，并简化了计算过程。 为了提高运行效率，在考虑曲率约束的情况下对整条轨迹进行连续速度规划。通过数值积分和曲率分析获得速度规划参数，减少速度规划的分段数量，从而降低加减速频率。基于S型速度曲线设计两种速度规划算法，分别考虑运动参数限制和运行时间限制，满足机器人速度规划的不同要求。通过仿真实验表明，相较于传统轨迹规划算法，提出的算法能够实现更高的连续性，并在考虑整个运动轨迹的情况下实现更高的运行效率。
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