机器人同时移动与作业的运动规划研究

发布时间：2023-05-07 03:32

　　移动作业将移动机器人与操作机器人相结合,可有效扩大机器人的作业范围,提升机器人的作业灵活度,是多种服务机器人、新型工业机器人以及军事航天机器人必须具备的能力。移动作业和固定作业有很大的区别。首先,操作机器人加上移动底盘后,路径规划的自由度增大;其次,移动作业机器人整体运动的动力学方程也发生改变,各自由度的轨迹规划变得更加复杂;第三,带有约束的移动作业机器人整体运动时避障也比固定作业机器人要复杂的多。现有的移动作业方法总是将底盘和手臂的规划分开,这在作业时会带来时间的浪费或者某些需要耦合底盘与手臂的任务限制。本文结合移动作业实际任务的需求,通过对移动作业机器人的运动学和动力学深入、系统的研究,提出了移动作业边走边作业的方法,取得了良好的应用效果。本文的主要研究内容和贡献包括:(1)对移动作业机器人的整体视觉伺服运动规划的问题进行了研究。通过对机器人运动学公式的微分,推导出移动底盘在2D平面和3D空间运动时,移动作业机器人上任意一点的整体雅可比矩阵。在分析经典的基于图像的视觉伺服算法、基于位置的视觉伺服算法以及混合视觉伺服算法优缺点基础上,提出一种混合视觉伺服算法。再把这种混合视觉伺服算法...

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景
    1.2 轮式移动作业机器人本体系统的发展和现状
    1.3 移动作业机器人运动规划核心算法发展现状
        1.3.1 机器人的路径规划
        1.3.2 机器人的轨迹规划
        1.3.3 机器人的抓取规划
        1.3.4 机器人的视觉伺服
        1.3.5 机器人的动态避障
    1.4 课题的提出及研究意义
    1.5 本文研究内容和主要贡献
第2章 移动作业整体视觉伺服
    2.1 引言
    2.2 底盘在平面运动的移动作业机器人整体雅可比矩阵推导
    2.3 底盘在空间运动的移动作业机器人整体雅可比矩阵推导
    2.4 基于整体雅可比矩阵的视觉伺服控制律
        2.4.1 基于位置的视觉伺服方法
        2.4.2 基于图像的视觉伺服方法
        2.4.3 混合视觉伺服控制律
        2.4.4 控制律的稳定性分析
        2.4.5 实时位姿的卡尔曼滤波
    2.5 实验结果与分析
        2.5.1 与IBVS算法和PBVS算法的比较
        2.5.2 与底盘手臂分离的移动作业视觉伺服的比较
        2.5.3 利用卡尔曼滤波优化位置后的效果
        2.5.4 本章机器人的仿真与实物实验效果
    2.6 本章小结
第3章 基于迭代优化和凸优化的路径轨迹规划
    3.1 引言
    3.2 一种采用迭代优化的移动抓取规划方法
        3.2.1 抓取位姿的评估
        3.2.2 迭代优化移动抓取位姿规划
        3.2.3 手臂的启发式随机路径规划
    3.3 一种采用二阶锥规划的轨迹规划方法
        3.3.1 移动作业机器人的动力学方程之推导
        3.3.2 轨迹规划化为二阶锥规划问题
    3.4 实验结果与分析
        3.4.1 迭代优化的移动作业规划实验结果
        3.4.2 二阶锥规划的轨迹规划实验结果
    3.5 本章小结
第4章 任务约束下移动作业机器人的动态避障
    4.1 引言
    4.2 传统基于人工势场法的移动作业的任务约束下的动态避障研究
    4.3 传统的基于叶理流形的快速搜索随机树算法的动态避障研究
    4.4 基于模型预测控制的移动作业的任务约束下的动态避障研究
    4.5 实验结果与分析
    4.6 本章小结
第5章 总结和展望
    5.1 总结
    5.2 论文创新点
    5.3 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间的主要研究成果



本文编号：3810186