六自由度机械臂轨迹规划：空间直线与圆弧插补算法详解

本篇文献深入探讨了六自由度机械臂的轨迹规划与控制算法，主要关注在空间直线和圆弧插补方面的技术。在《1空间直线插补算法-数理统计（第二版）赵选民，徐伟等》中，作者首先强调了关节空间中的轨迹规划挑战，由于机械臂末端在笛卡尔空间中的运动受限，无法直接控制每个关节的角度变化，导致路径规划的重要性。章节4.3.1介绍的空间直线插补算法，其核心是给定起始点A和终点B的位姿，通过计算找到中间插补点的位姿，轨迹生成遵循均匀姿态变化的原则。 作者马江在北京工业大学的硕士学位论文中，针对六自由度机械臂控制系统设计，选择了六自由度链式关节结构，以确保抓持器能在工作空间中达到任意位姿。通过静力学方法估算关节所需的力矩，结合电机选择，采用了CAN总线分布式控制策略，将工控机和关节控制器连接，实现了对关节控制器的监控以及运动学和轨迹规划算法的实现。 运动学建模方面，使用了标准的DH建模方法，对机械臂进行正逆运动学分析，通过解析法求得关节角的解耦并优化关节运动以节省功率。此外，两种轨迹规划方法——三次多项式和五次多项式被比较，前者计算量小但角加速度不连续，后者保证连续性但计算量大。在笛卡儿空间中，作者详细介绍了空间直线和圆弧插补算法，通过实验验证了这些算法的有效性。 论文的关键部分是基于MATLAB的RoboticsToolbox进行仿真，这使得运动学模型和轨迹规划结果能得到精确验证，同时降低了实体试验的成本。通过开发的三维仿真工具，可以直观对比不同轨迹规划方法的效果，有效解决了运动学和轨迹规划验证的难题。 这篇论文涵盖了机械臂设计、运动学建模、轨迹规划算法以及仿真验证的全过程，对六自由度机械臂的控制理论和技术实践有深入的探讨和实证研究。