机器人轨迹时间同步方法有哪些

一般而言，多轴机器人的任务一般是通过控制末端工具的位置和姿态来完成，会涉及位置和姿态两个量 ， 所以在轨迹规划时需要考虑二者的时间同步

即在同一规划时间内机器人末端要满 足轨迹的位置 和姿态的联动，这就对控制算法提出了更高的要求。

由于驱动系统饱和限制或任务要求，对机器人的运动速度和加速度有一定的约束。

为了分别满足位置和姿态的速度、加速度幅值约束，往往需要分别对位置和姿态进行时间同步的轨迹规划，保证机器人的位置和姿态同时到达期望值。

除了机器人位置和姿态用到时间同步外，多机器人协作，轨迹同步（如电子凸轮，主从运动等）也需要进行时间同步。

机器人轨迹时间同步方法目前主要有如下四种。

（1）直接规划法。该方法可以在约束条件下，保持给定的加速度，尽可能以最高速度运行，匀速时间较长，可以达到最高的效率。

但是对于不同的加减速度算法，时间同步规划的方法不能共用，例如梯形加减速直接同步规划并不复杂，计算效率较高。

但是S型等复杂加减速，要实现指定运行时间的同步规划则相当复杂。

梯形速度时间同步基本步骤是：梯形时间最优速度规划—》获得最大运行时间做同步时间—》以同步时间重新规划时间小的曲线。

直接规划法可以尽可能保证起步速度与末速度的不变，更适用于连续轨迹，速度前瞻控制等场合。

这种方法的缺点是如果位置 和姿 态 的 规划位移量相差过大 ，会导致规划 时间无法在规定的运动参数内拉长至相等，无法完成时间同步，这时需要对末速度和起步速度进行修改。

如下图，时间最优的轨迹为红色曲线，通过时间同步，将其运动时间同步到更大的指定时间，即蓝色曲线。

（2）时间缩放法。该方法会降低加速度，延迟加速度和减速时间，匀速运行时间较短。

该方法不管何种减速，对运动时间进行缩放，都可以使用统一的方式实现时间同步，时间缩放法可以用于机器人位姿时间同步，也可以用于对原始轨迹进行修改。

例如，在轨迹规划阶段未考虑系统的于东学饱和及动力学饱和限制，可能导致速度，加速度或力超过允许的范围，那么可以使用时间缩放法增加轨迹的时间。

时间缩放法的缺点是只适合单段路径的规划，在连续路径中，衔接速度不为零且相邻段的时间缩放因子不相同时，速度会发生跳变。

（3）广义速度法。广义速度法就是把所有需要规划的位移量合成一个位移量进行规划。

例如文献［3］，对于位置和姿态的规划，将移动轴x，y，z和姿态轴α，β， γ合成一个位移量进行加减速规划，将求得的广义速度进行分解。

这种方法虽然可以实现了位姿同步，但是同步方法没有明确的物理意义，且同步容易造成某些轴的加速度和加加速度超限。

（4）双样条法。目前有关双 NURBS 的研究文献中，大多采用相同的节点矢量进行路径拟合，而采用相同的曲线参数和完成双 NURBS 插补。