《机器人建模与控制 》 实验报告 项目4（仿真实验）-机械臂点到点轨迹规划.pdf

组号：暂未被分配

本科实验报告

姓名：

学院：控制科学与工程学院

系：控制科学与工程系

专业：自动化（控制）

学号：

指导教师：吴俊

2023年3月29日

专业：自动化（控制）

姓名：

学号：

实验报告日期：2023年3月29日

地点：线上仿真

课程名称：机器人建模与控制指导老师：吴俊成绩：

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实验名称：仿真实验二机械臂点到点轨迹规划实验类型：探究设计性同组学生：无

一、实验目的和要求（必填）

1.熟悉CopperliaSim的软件环境；

2.理解并应用机械臂轨迹规划知识，在各个关节轴的位置、速度、加速度的限

制下，规划处满足要求的轨迹并使用仿真环境验证；

3.为实践环境奠定基础。

二、实验内容和原理（必填）

1.机械臂的轨迹规划方法

机械臂的轨迹规划是指在满足特定约束条件下，为机械臂从初始位置到

目标位置生成一条连续、平滑且可行的路径。在实际应用中，轨迹规划需要

考虑机械臂的关节和末端执行器的运动范围、速度和加速度限制以及避免碰

撞等因素。

从规划的空间上来分，机械别的轨迹规划方法有关节空间的轨迹规划、

笛卡尔空间的轨迹规划。

a)关节空间的规划方法：计算量小，没有奇异位型。但是对于末端复杂的轨

迹不易转换；

b)笛卡尔空间的规划方法：计算量很大，而且可能会有无逆解的现象，从而

产生奇异位型。但是由于笛卡尔空间对于复杂轨迹的规划较为直观，转换

方便。

从规划空间内，轨迹的生成方式来分，可以分为插值法、优化法、人工

势场法、采样法、动力学建模法等。

c)插值法：插值法是一种简单的轨迹规划方法，包括线性插值、多项式插值

和样条插值等。这类方法通过在关节空间或笛卡尔空间生成一组离散的

点，然后用合适的函数连接这些点，形成一条平滑的轨迹。

d)优化法：优化方法通过定义一个代价函数来描述轨迹的优劣，并尝试找到

使代价函数最小化的轨迹。代价函数可以包括路径长度、能量消耗、执行

时间等因素。常用的优化方法包括梯度下降法、模拟退火法和遗传算法

等。

e)人工势场法：人工势场法将机械臂所在的环境视为一个势场，目标位置产

生吸引力，而障碍物产生排斥力。通过计算各种力的合成，生成一条使机

械臂避免障碍物并朝向目标位置移动的轨迹。

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f)采样法：基于采样的方法通过随机或有规律地采样机械臂的配置空间，然

后将可行的采样点连接起来，形成一棵有哪些信誉好的足球投注网站树。常用的基于采样的算法包

括概率路线图（PRM）、快速扩展随机树（RRT）和其变体。

g)动力学建模法：轨迹生成算法通过对机械臂的动力学和运动学进行建模，

直接计算满足约束条件的轨迹。这类方法