【摘要】：多自由度串聯(lián)工業(yè)機(jī)器人的避障運(yùn)動規(guī)劃是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)以及難點(diǎn)。工業(yè)機(jī)器人一般工作在有障礙物的復(fù)雜環(huán)境中,運(yùn)動規(guī)劃幫助其末端執(zhí)行器找到一條從初始點(diǎn)運(yùn)動到目的點(diǎn)的最優(yōu)的無障礙路徑,規(guī)劃結(jié)果將直接影響到工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的性能表現(xiàn)。針對這個(gè)問題,本文提出了一種結(jié)合改進(jìn)RRT(Rapidly-exploring Random Tree)算法和逆運(yùn)動學(xué)求解方法的7自由度串聯(lián)機(jī)械臂避障運(yùn)動規(guī)劃方法。本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,使用D-H方法對7自由度串聯(lián)機(jī)械臂進(jìn)行表示和建模,并推導(dǎo)出其正運(yùn)動學(xué)方程。然后,為了分析在工作空間中運(yùn)動規(guī)劃時(shí)生成的路徑節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的關(guān)節(jié)角值,提出一種改進(jìn)ABC(Artificial Bee Colony Algorithm)算法并行化混沌蜂群算法CPABC用于求解逆運(yùn)動學(xué)問題。仿真結(jié)果表明該方法相比人工蜂群算法和它的衍生算法以及其他群智能算法的求解質(zhì)量更高。其次,針對7自由度串聯(lián)機(jī)械臂運(yùn)動規(guī)劃過程中與空間障礙物的碰撞檢測問題,提出基于AABB層次包圍盒的碰撞檢測方法。AABB(Axis-aligned Bounding Box)包圍盒的每一個(gè)面都與基坐標(biāo)系其中一條主軸垂直。它具有建立簡單的特性,結(jié)合層次包圍盒技術(shù)可以很好地減少包圍盒碰撞檢測時(shí)間,提高避障運(yùn)動規(guī)劃的執(zhí)行效率。最后,本文提出了一種結(jié)合改進(jìn)RRT(Rapidily-explorng random tree)算法RRT*和RRT-Connect的運(yùn)動規(guī)劃方法,該方法根據(jù)RRT-Connect分別從初始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)構(gòu)建兩棵路徑樹,其搜索過程則與RRT*類似,保證該方法能夠在有限的搜索次數(shù)中得到較優(yōu)的路徑,即概率完備以及漸進(jìn)最優(yōu)。為了驗(yàn)證該方法的有效性,使用MATLAB以及ROS(Robot Operating System)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明有限時(shí)間內(nèi)新方法規(guī)劃出的運(yùn)動路徑要優(yōu)于其他RRT算法。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP241
【圖文】：

第二章 7 自由度串聯(lián)型工業(yè)機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)分析αi：繞 Xi軸從 Zi旋轉(zhuǎn)到 +1Zi的角度。di：沿 Zi軸從 -1Xi移動到 Xi的距離。θi：繞 Zi軸從 -1Xi旋轉(zhuǎn)到 Xi的角度。建立好連桿坐標(biāo)系{i}和{i-1}后，從圖 2-1 可以看出，坐標(biāo)系{i-1}變換到坐標(biāo)系{i將要經(jīng)歷 4 個(gè)步驟，首先繞 -1Xi軸旋轉(zhuǎn) αi-1使 -1Zi與 Zi平行，其次沿 -1Xi軸位移 ai-1后 -Zi與 Zi重合，然后繞 Zi軸旋轉(zhuǎn) θi使 -1Xi與 Xi重合，最后沿 Zi軸位移 di。根據(jù) 2.2 節(jié)提到的齊次坐標(biāo)變換可以得到坐標(biāo)系{i}相對于坐標(biāo)系{i-1}的變換矩陣如式（2-9）所示[28]。

表 2-1 Cyton Gamma 300 的 D-H 參數(shù)關(guān)節(jié)編號1( )i 1( )ia m ( )id m ( )i 角度范圍( )1 90 0 0.121 30~3302 90 0 02 70~2903 -90 0 0.14083 30~3304 -90 0.0718 04 70~2905 90 0.0718 05 70~2906 -90 0 06 75~2857 0 0 0.12967 30~330圖 2-3 Cyton Gamma 300 的連桿坐標(biāo)系分布圖 2-2 Cyton Gamma 300 結(jié)構(gòu)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2718195