【摘要】：多自由度串聯(lián)工業(yè)機器人的避障運動規(guī)劃是機器人研究領(lǐng)域的一個重點以及難點。工業(yè)機器人一般工作在有障礙物的復(fù)雜環(huán)境中,運動規(guī)劃幫助其末端執(zhí)行器找到一條從初始點運動到目的點的最優(yōu)的無障礙路徑,規(guī)劃結(jié)果將直接影響到工業(yè)機器人運動學(xué)和動力學(xué)的性能表現(xiàn)。針對這個問題,本文提出了一種結(jié)合改進RRT(Rapidly-exploring Random Tree)算法和逆運動學(xué)求解方法的7自由度串聯(lián)機械臂避障運動規(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)機械臂進行表示和建模,并推導(dǎo)出其正運動學(xué)方程。然后,為了分析在工作空間中運動規(guī)劃時生成的路徑節(jié)點對應(yīng)的關(guān)節(jié)角值,提出一種改進ABC(Artificial Bee Colony Algorithm)算法并行化混沌蜂群算法CPABC用于求解逆運動學(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)機械臂運動規(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間,提高避障運動規(guī)劃的執(zhí)行效率。最后,本文提出了一種結(jié)合改進RRT(Rapidily-explorng random tree)算法RRT*和RRT-Connect的運動規(guī)劃方法,該方法根據(jù)RRT-Connect分別從初始點和目標(biāo)點構(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最優(yōu)。為了驗證該方法的有效性,使用MATLAB以及ROS(Robot Operating System)進行仿真實驗,結(jié)果表明有限時間內(nèi)新方法規(guī)劃出的運動路徑要優(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)機械臂運動學(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】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉霞;張姍姍;胡銘鑒;;基于混沌人工蜂群算法優(yōu)化的SVM齒輪故障診斷[J];吉林大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版);2015年04期

2 蘇英;林都;鮮浩;劉金浩;;Cyton Gamma 300機械臂運動學(xué)分析[J];制造業(yè)自動化;2015年10期

3 黃文炳;孫富春;劉華平;;考慮冗余機械臂末端運動特性的規(guī)劃方法[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年12期

4 任子武;王振華;孫立寧;;全局和聲搜索方法及其在仿人靈巧臂逆運動學(xué)求解中的應(yīng)用[J];控制理論與應(yīng)用;2012年07期

5 謝碧云;趙京;劉宇;;基于快速擴展隨機樹的7R機械臂避障達點運動規(guī)劃[J];機械工程學(xué)報;2012年03期

6 周芳;朱齊丹;趙國良;;基于改進快速搜索隨機樹法的機械手路徑優(yōu)化[J];機械工程學(xué)報;2011年11期

7 賈慶軒;陳鋼;孫漢旭;鄭雙奇;;基于A~*算法的空間機械臂避障路徑規(guī)劃[J];機械工程學(xué)報;2010年13期

8 周芳;朱齊丹;張新福;吳葉斌;;基于雅可比轉(zhuǎn)秩-RRT法的冗余機械手路徑規(guī)劃[J];控制工程;2009年06期

9 秦勇;臧希U

本文編號：2718195