路径段间拐角速度不连续会导致频繁加减速,是影响作业执行效率的重要因素。如何实现多路径段拐角的速度平滑和跨段前瞻速度规划是路径过渡的难点,是机器人制造商用于提高机器人作业效率的关键技术。本文设计一种多路径平滑过渡的前瞻轨迹规划算法,以及一套实时在线轨迹规划控制方案,实现了多路径段速度的平滑过渡。主要研究内容如下:(1)建立机器人运动学模型,在传统几何+解析法求解逆解的基础上,设计一种基于矩阵分解的快速逆解求解方法,并对其准确性和实时性进行了验证;为满足喷绘等作业的需求,设计一种6点法工具坐标标定方法。(2)在梯型速度规划的基础上,推导出基于S型速度规划的关节空间轨迹规划算法和笛卡尔空间轨迹规划算法。笛卡尔空间轨迹规划分位置规划和姿态规划。包括直线和圆弧位置规划算法,以及基于四元数的姿态规划算法。(3)设计一种多路径平滑过渡的前瞻轨迹规划算法。借助圆弧曲线具有~1G连续性,且在弧长参数化方面的优势,路径段间采用圆弧进行拐角过渡;路径段全程采用非对称S型加减速控制;在路径长度和始末速度的约束下,对分割后的路径段进行跨段前瞻速度规划。(4)确定机器人开放式实时控制系统总体设计方案,搭建控制系统硬件平台;设计一个开放性强、实时性高和UI界面友好的控制系统软件平台,并进行LinuxCNC实时系统配置和EtherCAT实时以太网的驱动移植;控制系统采用基于多线程并发执行管理调度机制和以太网通信技术,将前瞻轨迹规划算法集成应用在机器人实时控制系统中,实现前瞻轨迹规划算法的实时在线规划。