基于ROS的机械臂避障运动规划及仿真

发布时间：2021-05-25 07:24

　　机械臂避障运动规划作为机器人技术的研究课题之一,一直是科研工作者们研究的热点。科学合理的避障规划是保证机械臂在工作环境中能够以较优轨迹无碰撞地完成特定运动,从而保证机械臂的正常作业。因此,机械臂避障运动规划问题具有重要研究价值。课题以机械臂避障运动规划算法为主要研究出发点,对机械臂进行了运动学建模与分析,提出了规划算法改进策略,并搭建了基于ROS的机器人运动仿真平台。最后,以所建机器人模型为研究对象,在仿真平台上进行了算法仿真验证。本文首先介绍和分析了运动规划问题和机械臂运动学相关基础理论。运动规划理论基础主要包括对该问题的规范化描述以及常用路径规划方法和碰撞检测技术。机械臂运动学主要介绍了机械臂位姿描述,坐标变换和D-H参数法建模等。以UR5机器人为例进行了运动学建模,逆运动求解以及轨迹规划仿真,验证了所建机械臂模型的正确性。其次,本文对ROS基础概念和软件框架进行了简单介绍,完成了基于URDF的UR5机械臂建模。基于ROS、Moveit!运动规划包和Rviz 3D可视化平台完成了机械臂运动仿真系统搭建,并介绍了仿真系统核心功能节点。最后,作为本文研究的核心内容,对所提改进RRT算法... 

【文章来源】：陕西理工大学陕西省

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 课题研究的目的及意义
    1.2 相关技术国内外研究现状
        1.2.1 机器人仿真系统国内外研究现状
        1.2.2 路径规划国内外研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 运动规划基础
    2.1 引言
    2.2 问题的规范化描述
        2.2.1 概述
        2.2.2 C空间(configurationspace)
        2.2.3 距离描述
        2.2.4 障碍物描述
    2.3 路径规划
        2.3.1 全局路径规划
        2.3.3 局部路径规划
    2.4 碰撞检测
        2.4.1 碰撞检测方法分类
        2.4.2 OBB方法分析
    2.5 本章小结
第3章 机械臂建模与运动学分析
    3.1 引言
    3.2 运动学基础
        3.2.1 位姿表示及齐次坐标变换
        3.2.2 D-H参数法
    3.3 UR5机械臂建模
        3.3.1 机械臂正运动学
        3.3.2 机械臂逆运动学
    3.4 机械臂运动仿真验证
        3.4.1 正运动学验证
        3.4.2 关节空间轨迹规划及仿真
    3.5 本章小结
第4章 基于ROS的仿真系统设计
    4.1 引言
    4.2 ROS基础
        4.2.1 简介
        4.2.2 基本组成
        4.2.3 Moveit!功能包
        4.2.4 Rviz3D可视化
    4.3 基于ROS的UR5机器人建模
        4.3.1 URDF介绍
        4.3.2 UR5的URDF模型建立与校验
        4.3.3 UR5模型可视化
    4.4 UR5在ROS中的基本配置
        4.4.1 设置助手(SetupAssistant)
        4.4.2 move_group节点设计及编译
    4.5 机械臂运动控制
    4.6 基于ROS的系统节点图
    4.7 本章小结
第5章 基于改进RRT的运动规划
    5.1 引言
    5.2 基本RRT算法
        5.2.1 RRT算法基本思想
        5.2.2 RRT算法原理
        5.2.3 传统RRT算法缺陷
    5.3 RRT算法改进
        5.3.1 改进的度量函数
        5.3.2 多余点剔除策略
    5.4 基于神经网络的路径后处理
        5.4.1 RBF神经网络介绍
        5.4.2 基于神经网络的路径光滑处理
    5.5 本章小结
第6章 基于ROS的仿真实验
    6.1 引言
    6.2 简单场景下机械臂避障运动仿真
        6.2.1 规划场景设置
        6.2.2 仿真结果
    6.3 复杂场景下机械臂避障运动仿真
        6.3.1 规划场景设置
        6.3.2 仿真结果
    6.4 实验结果分析
    6.5 本章小结
总结与展望
    总结
    展望
参考文献
攻读硕士学位期间科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种六自由度工业机器人运动学分析及三维可视化仿真[J]. 高艺,马国庆,于正林,曹国华.  中国机械工程. 2016(13)
[2]《中国制造2025》机器人领域技术路线图[J].   机器人产业. 2015(05)
[3]一种工业机器人的运动学分析与工作空间性能研究[J]. 范雨,蔡敢为.  机械传动. 2015(08)
[4]《中国制造2025》推动机器人发展[J].   机器人技术与应用. 2015(03)
[5]工业机器人的技术发展及其应用[J]. 骆敏舟,方健,赵江海.  机械制造与自动化. 2015(01)
[6]基于ADAMS和MATLAB的喷涂机器人运动仿真研究[J]. 袁安富,沈思思,余莉,曾晶晶.  组合机床与自动化加工技术. 2014(08)
[7]我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J]. 王田苗,陶永.  机械工程学报. 2014(09)
[8]基于MATLAB和ADAMS的六自由度机器人联合仿真[J]. 王战中,杨长建,刘超颖,熊蒙.  制造业自动化. 2013(18)
[9]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕.  自动化学报. 2013(07)
[10]基于微软机器人控制仿真平台的路径规划仿真[J]. 麦晓春,张新征,杨厚强,金翌晨.  计算机应用. 2013(S1)

博士论文
[1]基于狭窄通道识别的机器人路径规划研究[D]. 钟建冬.上海交通大学 2012

硕士论文
[1]空间多自由度串联机械臂的避障运动规划方法研究[D]. 宗成星.合肥工业大学 2017
[2]基于ROS的码垛机器人运动仿真及轨迹规划[D]. 温宽昌.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于ROS的机器人三维仿真平台设计与研究[D]. 陈炜灿.东北大学 2014
[4]基于六自由度机械臂的避障路径规划研究[D]. 程国秀.东北大学 2012
[5]基于多运动对象的OBB碰撞检测研究[D]. 李苗.西南大学 2012
[6]基于OBB包围盒的碰撞检测算法改进[D]. 黄可.西南大学 2011
[7]复杂未知环境下机器人路径规划算法研究[D]. 隋玲玲.复旦大学 2010
[8]基于OBB碰撞检测及其算法改进研究[D]. 吴强.郑州大学 2007
[9]基于OpenGL的5R工业机器人的仿真[D]. 张永林.南京航空航天大学 2006



本文编号：3204935