本文選題：移動機(jī)械臂　切入點：路徑規(guī)劃　出處：《上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：移動機(jī)械臂的核心主要由兩部分組成,一部分是上部的機(jī)械臂部件,另一部分是底部的移動底盤。移動機(jī)械臂既保留了機(jī)械臂靈活性的同時,又具有可以自由移動的底盤,極大的拓展了機(jī)械臂在空間的工作范圍。所以,在工業(yè)制造、國防、交通運(yùn)輸、倉儲物流、服務(wù)行業(yè)等領(lǐng)域,移動機(jī)械臂都具有良好的應(yīng)用前景。隨著我國電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)購物的迅猛發(fā)展,對倉儲、物流的自動化及高效率提出了更多的要求,而移動機(jī)械臂對倉儲、物流行業(yè)正是一種絕佳的選擇。所以,無論是在科研還是在現(xiàn)實應(yīng)用等領(lǐng)域,深入開展對其研究都具有重要意義。本文首先對移動機(jī)械臂的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹,并對各個系統(tǒng)組成部分的特點和需求進(jìn)行了介紹。歸納了移動機(jī)械臂的一些研究熱點問題。其次針對目前機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)算法普遍只能輸入少數(shù)幾個D-H連桿參數(shù),從而不可避免的存在運(yùn)動學(xué)模型誤差的問題,一種擁有更高精度的運(yùn)動學(xué)算法被提出,該算法具有一定的通用性,對具有球形關(guān)節(jié)的6自由度機(jī)械臂適用,可以實現(xiàn)D-H模型中11個D-H參數(shù)的輸入。為了消除“局部最小點鎖死”這個在人工勢場法中不可避免的問題,一種融合了常用的柵格地圖算法、人工勢場思想的算法被提出,該算法不僅可以避免“局部最小點鎖死”的問題,而且還能使得算法在計算過程中的數(shù)據(jù)運(yùn)算量降低。為了驗證算法的有效性,本文通過ROS (開源機(jī)器人操作系統(tǒng)),對基于人工勢場思想的柵格地圖路徑規(guī)劃算法進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)仿真研究。實驗研究結(jié)果表明,本文提出的基于人工勢場思想的柵格地圖法能夠快速、可靠的規(guī)劃出最優(yōu)路徑。通過使用Robotics-Toolbox工具箱對本文提出的機(jī)械臂的全參數(shù)運(yùn)動學(xué)算法進(jìn)行驗證。結(jié)果表明,相比傳統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)算法,機(jī)械臂的全參數(shù)運(yùn)動學(xué)算法具有更高的模型精度,在機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)算法中常見的靜態(tài)誤差也可以被很大程度的降低。最后,不僅在ROS仿真環(huán)境中實現(xiàn)了移動機(jī)器人路徑規(guī)劃算法的仿真,更通過搭建的移動機(jī)器人平臺,將ROS系統(tǒng)框架移植到了真實的移動機(jī)器人平臺中,并實現(xiàn)了真實環(huán)境中最優(yōu)路徑的生成。
[Abstract]:The core of the mobile manipulator consists of two parts, one is the upper arm and the other is the moving chassis at the bottom.The mobile manipulator not only retains the flexibility of the manipulator, but also has the chassis which can move freely, which greatly expands the working range of the manipulator in space.Therefore, mobile manipulator has a good application prospect in industrial manufacturing, national defense, transportation, warehousing and logistics, service industry and so on.With the rapid development of electronic commerce and online shopping in China, more demands have been put forward for the automation and high efficiency of warehousing and logistics.Therefore, whether in scientific research or in the field of practical applications, it is of great significance to carry out in-depth research on it.In this paper, the overall structure of mobile manipulator is introduced, and the characteristics and requirements of each system component are introduced.Some research hotspots of mobile manipulator are summarized.Secondly, a kinematics algorithm with higher precision is proposed to solve the problem of kinematics model error, which can only input a few D-H link parameters.The algorithm is universal and suitable for a 6-DOF manipulator with spherical joints. The input of 11 D-H parameters in D-H model can be realized.In order to eliminate the inevitable problem of "lock-in of local minimum points" in the artificial potential field method, a raster map algorithm is proposed, which combines the commonly used raster map algorithm and the artificial potential field idea.The algorithm can not only avoid the problem of "local minimum locking", but also reduce the amount of data operation in the calculation process.In order to verify the validity of the algorithm, the kinematics simulation of raster map path planning algorithm based on artificial potential field is carried out by ROS (open source robot operating system).The experimental results show that the raster map method proposed in this paper based on the idea of artificial potential field can plan the optimal path quickly and reliably.The full parameter kinematics algorithm of the manipulator presented in this paper is verified by using the Robotics-Toolbox toolbox.The results show that, compared with the traditional kinematics algorithm, the full parameter kinematics algorithm of the manipulator has higher model accuracy, and the static error commonly used in the kinematics algorithm of the manipulator can be greatly reduced.Finally, not only the path planning algorithm of mobile robot is simulated in the ROS simulation environment, but also the ROS system framework is transplanted to the real mobile robot platform through the mobile robot platform.The generation of optimal path in real environment is realized.
【學(xué)位授予單位】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP241

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本文編號：1730477