發(fā)布時間：2020-03-28 19:53

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)的環(huán)境和作業(yè)任務(wù)變得越來越復(fù)雜,人們對工業(yè)機(jī)器人的路徑規(guī)劃要求也變得越來越高,因此工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)動過程中與障礙物的干涉判斷問題成為機(jī)器人路徑規(guī)劃技術(shù)研究中的重要部分。本文在研究了機(jī)器人運(yùn)動學(xué)建模的基礎(chǔ)上,通過比較連桿與障礙物的軸線距離和軸角大小兩種方法,對機(jī)器人工作狀態(tài)進(jìn)行了干涉判斷。在此基礎(chǔ)上,改進(jìn)了快速擴(kuò)展隨機(jī)樹(Rapidly-Exploring-Random Tree,RRT)算法,提升了它的穩(wěn)定性,并將之應(yīng)用于路徑規(guī)劃,取得了較好的效果。具體研究內(nèi)容包括以下幾個方面:首先,本文對機(jī)器人運(yùn)動學(xué)相關(guān)理論進(jìn)行分析研究,進(jìn)一步了解機(jī)器人位姿、坐標(biāo)變換等內(nèi)容。以Motoman ES165D機(jī)器人為研究對象,建立了D-H參數(shù)模型,并對其進(jìn)行正運(yùn)動學(xué)與逆運(yùn)動學(xué)方程求解。其次,進(jìn)行了機(jī)器人連桿之間以及與障礙物之間的干涉判斷方法研究。本文所采用方法一種是基于軸線距離進(jìn)行干涉判斷,另一種是基于障礙物與連桿之間的軸角進(jìn)行干涉判斷,兩種方法都是通過將障礙物的位置參數(shù)轉(zhuǎn)換成判斷條件,判斷是否有干涉狀況發(fā)生,提高了干涉判斷精度。為解決空間中三維數(shù)據(jù)計(jì)算量大且復(fù)雜的問題,本文將機(jī)器人連桿與障礙物簡化為圓錐體或圓柱體,然后對簡化后的連桿與障礙物進(jìn)行平面投影,將三維干涉問題轉(zhuǎn)化為二維干涉問題,降低了算法復(fù)雜度,提高了運(yùn)算速度與效率。然后,針對傳統(tǒng)快速擴(kuò)展隨機(jī)樹算法隨機(jī)性大、收斂速度慢,路徑非最優(yōu)等問題,對其進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)的算法是通過引入方向向量,在擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)時以方向向量為基準(zhǔn)方向選擇節(jié)點(diǎn),逐漸增加葉子節(jié)點(diǎn),降低了節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)性,提高了擴(kuò)展速度。仿真結(jié)果表明,改進(jìn)后的RRT算法路徑中隨機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)減少,規(guī)劃得到的路徑更優(yōu)。最后,借助Unity3D軟件,對機(jī)器人干涉判斷方法以及改進(jìn)的RRT算法進(jìn)行三維虛擬仿真,直觀地呈現(xiàn)出機(jī)器人在改進(jìn)RRT算法下的避障路徑規(guī)劃過程。
【圖文】：

圖2.1位置表示Fig.2.1Positionrepresentation

圖 2.2 方位表示Fig. 2.2 Azimuth representation B 在空間中的位姿（位置和姿態(tài)），通。在對坐標(biāo)系{B}的坐標(biāo)原點(diǎn)選取時，于參考坐標(biāo)系{A}，坐標(biāo)系{B}的原點(diǎn)轉(zhuǎn)矩陣ABR 描述。剛體 B 的位姿可由坐 A AB BoB R p時，可將式（2.9）中的旋轉(zhuǎn)矩陣ABR 將式（2.9）中的位置矢量 0ABop 即可同的坐標(biāo)系中對其的表達(dá)也是不同的。
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP242.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2604838