基于多自由度工业机械臂的避障路径规划技术的研究

发布时间：2016-09-05 16:24

  本文关键词：基于多自由度工业机械臂的避障路径规划技术的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《江南大学》 2012年

基于多自由度工业机械臂的避障路径规划技术的研究

盛巍  

【摘要】：机器人是整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。本文根据项目需求以研发多自由度工业机械臂为目标，此机械臂可以在示教模式下完成指定的动作。本文就机械臂避障与路径规划研究过程中遇到的关键技术做了如下讨论： （1）首先，本文调研了目前国内外工业机械臂避障路径规划发展状况的基础上，结合实际项目，在满足课题需求情况下，以研究六自由度工业机械臂避障路径规划技术为目标。 （2）利用D-H方法建立了多自由度工业机械臂的运动学模型，并分析了运动学正问题与逆问题，着重对逆问题中多解、逆解的求解方法等进行了分析；机械臂动力学问题同样包括正问题和逆问题，本文从实时控制、动力学模型、最优控制以及良好的动态性能和最优指标几个方面对机械臂的动力学中的问题进行了阐述。 （3）随着研究的不断深入，发现路径规划中的中间点的设置和避障过程中碰撞点的预判都涉及到机械臂末端控制器的工作空间、奇异性等相关技术难点。为了深入地进行路径规划、避障和运动控制的研究，本文对机械臂的工作空间、奇异点等进行了讨论。 （4）无奇异路径规划是指如何在执行任务时规划出避开奇异区域的路径。本文提出了改进算法，该算法在保留牛顿迭代法自身优点的同时，又克服牛顿迭代法不能解决路径点中存在奇异点的缺点，引入另一种新的路径规划的算法—关节坐标规划法，改进算法可以有效的解决路径规划中奇异性的问题。 （5）为了提高机械臂规划轨迹的平滑性，保证加速度、速度的平滑，减少了对电机的冲击伤害，有效降低轨迹跟踪误差。本文从2个方面对平滑避障路径规划进行研究：首先结合遗传算法和B-spline曲线生成算法，产生出连续、平滑的避障曲线；同时考虑到基于机械臂关节运动速度和加速度约束，保证关节在起始点、终点的位姿和目标位姿吻合，且每段线段的位置、速度、加速度均为连续平滑连接。将运动学约束转化为B-spline曲线控制顶点约束，利用代价函数的对控制点求最小值进行寻优，从而规划出具有运动时间约束的最优平滑轨迹。同时设计了结合T-S模糊模型与变结构控制的控制器，使得机械臂的位置、速度等状态变量跟踪给定的理想轨迹。

【关键词】：
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP242
【目录】：

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