运动控制行业研究：高端装备“大脑”，机器人孕育新空间(3)

轨迹规划直接决定了机器人的运动方式。轨迹规划为基于工作任务和机器人性能，求解机 器人位姿等运动量关于时间的函数，输入为期望轨迹、运动学和动力学参数，输出机器人 各关节或末端执行器的运动量，包括位移、速度、加速度等的时间序列。 工业机器人机器人轨迹规划一般分为基本轨迹规划和最优轨迹规划，其中基本轨迹规划分 为笛卡尔空间规划和关节空间规划。
最优轨迹规划通常考虑效率、能量小号、平稳性等因素，找到每种工况环境需要的最优轨 迹规划方案： 1）时间最优规划：最常见的最优轨迹规划需求，通常通过运动学或动力学约束寻找最优 解；运用遗传算法等各种优化算法来求解最优解；将时间模型转化为其他更为通用的模型。 2）能量最优规划：一方面试图寻找出最平滑的轨迹来减少关节间的能量损耗，另一方面 也通过优化整个动力系统来达到能量分配最优。 3）冲击最优规划：旨在找到使机器人冲击最小的轨迹，其目的一方面是为了减小机器人 在运动过程中的冲击，在很大程度上可以减小轨迹跟踪的误差，另一方面可以大大减少机 器人因为冲击过大而产生的共振、抖动、机械磨损、使用寿命缩减等缺陷，使机器人能够 稳定平顺运行。 4）混合最优轨迹规划：综合考虑两种或以上最优性优化方案，其中时间-能量最优轨迹研 究开展时间最长，也是工业生产中要求最高的两项指标。
工业机器人根据不同的结构形态、用途、作业要求等不同有较多分类，但控制上以多轴实 时运动控制为主，基于关节控制、位置控制、力控制完成作业任务。
1）关节控制：关节控制为工业机器人最基础和核心的控制过程，单关节控制不考虑关节 之间的影响，机器人的机械惯性被当做扰动项来进行处理，通常通过电机实现驱动，由电 流检测、速度检测、位置检测构成闭环控制。
多关节控制在单关节的基础上要考虑关节之间的影响，通常将其他关节的对当前关节的影 响作为前馈项引入位置控制器，从而构成多关节控制系统。
2）位置控制：工业机器人位置控制与关节空间轨迹有紧密联系，以六自由度工业机器人 为例，可通过笛卡尔位置控制由给定位置、关节空间位置转换、6 路单关节位置控制器实 现工业机器人末端按照给定的位置和姿态运动。
3）力控制：采用多维力传感器获取笛卡尔坐标系中的多维力、力矩信息，多维力传感器 主要由力敏元件、信号采集电路、信号调理电路、多维信号解耦系统(硬件或软件解耦)、 上位机或嵌入式系统信息处理软件等构成。