本文選題：蒙特卡羅 + 路徑規(guī)劃　； 參考：《河南工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：立筒倉長期儲糧過程中會出現(xiàn)糧食的掛壁和結(jié)拱問題,由于人工清理對人體的健康具有極大危害,因此迫切需要引入糧倉清理機器人。在筒倉中,由于測溫傳感器等設(shè)備的存在,增加了機器人清理工作的難度。為了避免機器人在工作中與設(shè)備之間的干涉,機械臂(也稱作操作臂)的路徑規(guī)劃問題成為了重要的研究問題。路徑規(guī)劃對于筒倉清理機器人來說是運動控制一個重要環(huán)節(jié)。路徑規(guī)劃需要解決的問題包括:針對移動機器人所處的環(huán)境信息建立環(huán)境模型,再基于某種算法尋找一條從起始狀態(tài)到達目標(biāo)狀態(tài)的無碰撞優(yōu)化路徑,并利用已知的所有信息來引導(dǎo)機器人的動作。本論文針對立筒倉清理機器人操作臂的特點,構(gòu)建避障空間模型,利用相應(yīng)規(guī)劃算法來解決清理避障中的路徑規(guī)劃問題。本課題首先介紹了糧倉清理機器人機構(gòu)和運動原理,在MATLAB Robotics Toolbox中對操作臂進行了運動學(xué)建模。其次,通過基于點云的蒙特卡羅方法建立工作空間和障礙物的空間模型,并利用基于射線和交叉點的計算機圖形學(xué)方法與幾何相交理論,描繪工作空間和障礙物之間的幾何關(guān)系,從而構(gòu)建出二維與三維的避障工作空間。再次,利用改進的Dijkstra算法在二維避障空間內(nèi)對三自由度的平面操作臂進行了最短路徑的規(guī)劃。在此基礎(chǔ)上將二維平面機器人避障規(guī)劃擴展到三維避障空間內(nèi),并針對RRT算法存在的缺陷,提出了窗口RRT算法,有效的克服了擴展樹過于平均和路徑質(zhì)量差的問題。最后,對規(guī)劃路徑進行了仿真,并給予了詳細(xì)的分析。論文從工程實際出發(fā),提出了避障空間的概念與建模方法,采用MATLAB構(gòu)建仿真平臺,能夠快速有效的解決障礙物對操作臂工作空間的影響,便于操作臂進行路徑規(guī)劃。通過在避障空間內(nèi)的路徑仿真結(jié)果分析,操作臂可以在保證良好姿態(tài)的情況下從起點運動到終點,證實了路徑規(guī)劃算法的有效性。本文的研究成果將為多自由度操作臂機器人在復(fù)雜約束下的避障路徑規(guī)劃提供新的解決方法。
[Abstract]:The problem of hanging wall and forming arch of grain will occur in the process of standing silo grain storage for a long time. Because manual cleaning is very harmful to human health, it is urgent to introduce granary cleaning robot. In silos, because of the existence of temperature sensors and other equipment, it is more difficult to clean up the robot. In order to avoid the interference between the robot and the equipment, the path planning of the manipulator (also known as the manipulator) has become an important research problem. Path planning is an important part of motion control for silo cleaning robot. The problems to be solved in path planning include: establishing an environment model for the environment information of the mobile robot, and then finding a collision free optimal path from the initial state to the target state based on some algorithm. And using all known information to guide the robot's action. In this paper, according to the characteristics of vertical silo cleaning robot manipulator, the obstacle avoidance space model is constructed, and the path planning problem in clearing obstacle avoidance is solved by using the corresponding planning algorithm. Firstly, the mechanism and motion principle of the granary cleaning robot are introduced, and the kinematics modeling of the manipulator is carried out in the MATLAB Robotics Toolbox. Secondly, the space model of workspace and obstacle is established by Monte Carlo method based on point cloud, and the theory of intersecting geometry with computer graphics method based on ray and intersection is used. The geometric relationship between workspace and obstacle is described, and the two dimensional and three dimensional obstacle avoidance workspace is constructed. Thirdly, the improved Dijkstra algorithm is used to plan the shortest path of the planar manipulators with three degrees of freedom in the two-dimensional obstacle avoidance space. On this basis, the obstacle avoidance planning of two-dimensional planar robot is extended to three-dimensional obstacle avoidance space. Aiming at the defects of RRT algorithm, a window RRT algorithm is proposed, which effectively overcomes the problems of over-average extension tree and poor path quality. Finally, the path planning is simulated and analyzed in detail. Based on the engineering practice, the concept and modeling method of obstacle avoidance space are put forward in this paper. MATLAB is used to build a simulation platform, which can solve the impact of obstacles on the workspace of the manipulator quickly and effectively, and facilitate the path planning of the manipulator. By analyzing the path simulation results in obstacle avoidance space, the manipulator can move from start to end with good attitude, which proves the effectiveness of the path planning algorithm. The research results in this paper will provide a new solution for obstacle avoidance path planning of multi-degree-of-freedom manipulators under complex constraints.
【學(xué)位授予單位】：河南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：2084669