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,。
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,?？紤]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)器人使用的開源機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS下 的硬件和軟件，包括視覺伺服,、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)器人軟件開發(fā)所設(shè)計(jì)的一套電腦操作系統(tǒng)架構(gòu),，它是開源的元級(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用于獲取、建立,、編寫和執(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[67],。