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4.4 離線與實時在線軌跡規劃

根據不同的應用場合，軌跡規劃又分為離線軌跡規劃與實時在線軌跡規劃，離線軌跡規劃是基于環境先驗完全信息的軌跡規劃，完整的先驗信息只能適用于靜態環境，機器人的離線軌跡規劃有其潛在的優點，例如，在編程過程中，離線的軌跡規劃不需要占用生產設備，因此，保證了自動化工廠大部分時間處于生產狀態；減小了對系統硬件的要求，有利于降低系統成本；容易實現系統的柔性組態。

圖4-3為Delta機器人用于管材裝箱的示意圖，包裝好的管材由傳送帶沿;c軸方向經過機構歸正后，運輸到指定位置并由擋塊擋住，空紙箱由傳送帶沿y軸方向經過機構歸正后，運輸到指定位置并由擋塊擋住，Delta機器人抓取塑封好的管材產品，并按離線規劃好的軌跡運動到紙箱指定位置釋放管材，然后，按照指定軌跡返回。

由于離線軌跡規劃實時性不強，對軌跡的計算時間沒有特別嚴格的時間限制，因此, 離線軌跡規劃中可以加入更加復雜的軌跡規劃算法。例如，Delta機器人的離線軌跡規劃中加入了動力學的優化算法，可以有效的降低驅動電機的峰值力矩和峰值功率，并盡可能使每個循環周期中驅動電機力矩或功率維持在峰值，以提高驅動電機利用率，或者得到更好的末端執行器動力學參數。并且，由于機器人攜帶負載和空行程時的末端執行器的質量不同，可以將機器人往返軌跡分開進行規劃，當機器人空行程時可以適當提高機器人的運行速度，從而提高機器人的工作效率。離線的軌跡規劃適用于機器人運行軌跡較為單一的情況，當圖4-3中管材位姿或紙箱位姿不確定時，Delta機器人的離線軌跡規劃并不適用。

實時在線軌跡規劃是基于傳感器信息的不確定環境的軌跡規劃，具有很強的實時性要求，由于動力學優化算法中需要對位移、速度求導，極大地增加了運算時間，所以，實時在線的機器人軌跡規劃一般不會加入復雜的動力學優化算法，但是為了提高機器人的性能，縮短機器人每個周期的運行時間，減小或避免機器人的振動，力求軌跡精確，實時在線軌跡規劃中應加入相應算法以滿足動力學的要求；或者將滿足要求的各種情況提前進行離線軌跡規劃，再將所有計算好的離線軌跡規劃結果制成實時在線軌跡規劃所需的數據庫，這樣實時在線軌跡規劃就會得到具有優良運動學和動力學性能的擬合曲線。

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