本文關鍵詞：室內(nèi)移動機器人自主導航與抓取規(guī)劃，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,移動機器人已經(jīng)是機器人技術中非常火熱的研究領域,而且不斷向自主智能化的方向發(fā)展,代表著機電一體化的最高成就。相比傳統(tǒng)的工業(yè)機器人,智能移動機器人具有自主感知、決策和執(zhí)行的能力,在眾多領域特別是家庭、教育、服務以及物流行業(yè)中得到廣泛的應用與推廣。本文對全向移動機械臂展開研究,包含機器人的自主導航與機械臂的自主抓取。研究工作主要從以下幾個方面展開：首先,以youBot機器人作為研究對象,搭建HOKUYO二維激光測距儀和Xtion三維深度相機作為傳感器輸入,并搭建機器人的ROS軟件平臺,對全方位移動平臺進行運動學建模分析,推導出四輪的運動與移動平臺在地面坐標系中的對應位置關系,為后面移動平臺的導航做準備。其次,介紹移動機器人SLAM技術,通過基于粒子濾波器的FastSLAM技術實現(xiàn)了移動平臺的自動建圖,通過A*算法實現(xiàn)了移動平臺的路徑規(guī)劃,并在軟件平臺上得到實現(xiàn)。再次,對全向移動機械臂進行建模分析。先單獨對機械臂運用D-H建模方法建立其正向運動學,通過MATLAB仿真驗證其正確性,并求得了其的工作空間。接著對逆向運動學求解,編寫C++逆解程序得出機械臂的所有逆解,并在MATLAB上得到正確驗證,根據(jù)機械臂大臂少動的能量最優(yōu)原則選出最優(yōu)逆解。然后建立全方位移動機械臂的8自由度運動學模型,根據(jù)機械臂的工作空間,先確定移動平臺方位的三個變量,為移動平臺導航提供目標點信息,再根據(jù)機械臂逆運動學求解出各關節(jié)角度,為機械臂的軌跡規(guī)劃做準備。最后,通過筆記本電腦實現(xiàn)對機器人的網(wǎng)絡監(jiān)控,在實驗室環(huán)境具有障礙物通道中進行機器人自主導航實驗,證明了SLAM算法和路徑規(guī)劃算法的可行性。配置機械臂在MoveIt!下的仿真環(huán)境,當機械臂進入到抓取的工作范圍時,通過Xtion深度相機的標定工作,能夠識別出目標物體的位姿,針對MoveIt!下的KDL求解器得不出機械臂的逆解問題,通過配置新的求解器能夠得到很好的解答。最終采用新求解器對識別的目標物體位姿求解,將得出的各關節(jié)角度運用過路徑點的五次多項式插值實現(xiàn)了"pick and place"操作仿真和實驗,保證了各關節(jié)在過渡點處的關節(jié)位移、關節(jié)速度和關節(jié)加速度的連續(xù)平滑,為實現(xiàn)移動機械臂在真實環(huán)境中的抓取做了重要的準備。
【關鍵詞】：移動機械臂 全向移動平臺 ROS SLAM 逆運動學 軌跡規(guī)劃
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-23
• 1.1 論文研究背景和意義14-15
• 1.2 移動機械臂研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 導航與規(guī)劃研究現(xiàn)狀16-21
• 1.3.1 移動機器人導航研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3.2 移動機器人路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3.3 移動機械臂運動規(guī)劃研究現(xiàn)狀20-21
• 1.4 研究課題的來源及主要研究內(nèi)容21-23
• 第二章 機器人平臺構建與移動平臺運動學分析23-34
• 2.1 移動機械臂構建23-25
• 2.1.1 youBot機器人介紹23-24
• 2.1.2 傳感系統(tǒng)與平臺構建24-25
• 2.2 ROS的基本介紹25-27
• 2.2.1 ROS的系統(tǒng)架構26
• 2.2.2 ROS的計算圖級26-27
• 2.2.3 ROS平臺初步搭建27
• 2.3 移動平臺運動學分析27-32
• 2.3.1 全方位移動平臺的運動學建模27-31
• 2.3.2 全方位移動平臺的位移求解31-32
• 2.4 本章小結32-34
• 第三章 移動機器人自主導航34-44
• 3.1 移動機器人的自主導航34-40
• 3.1.1 移動機器人SLAM的數(shù)學描述34-35
• 3.1.2 FastSLAM35-38
• 3.1.3 基于A~*算法的路徑規(guī)劃38-40
• 3.2 移動平臺自主導航的實現(xiàn)40-43
• 3.2.1 移動平臺SLAM實現(xiàn)40-42
• 3.2.2 移動平臺導航實現(xiàn)42-43
• 3.3 本章小結43-44
• 第四章 移動機械臂運動學分析44-60
• 4.1 機械臂正向運動學44-49
• 4.1.1 連桿變換通式與運動學方程44-45
• 4.1.2 機械臂的D-H建模45-47
• 4.1.3 機械臂正向運動學47-48
• 4.1.4 機械臂的工作空間分析48-49
• 4.2 機械臂逆向運動學49-57
• 4.2.1 逆向運動學封閉解49
• 4.2.2 機械臂逆向運動學求解49-54
• 4.2.3 機械臂逆向運動學驗證54-57
• 4.3 全方位移動機械臂運動學57-58
• 4.4 本章小結58-60
• 第五章 移動機械臂的自主導航抓取實驗與仿真60-74
• 5.1 移動平臺自主導航實驗60-63
• 5.1.1 移動平臺網(wǎng)絡監(jiān)控實現(xiàn)60
• 5.1.2 移動平臺自主導航實驗60-63
• 5.2 機械臂在MoveIt!下的仿真實驗63-72
• 5.2.1 配置MoveIt!仿真環(huán)境63-65
• 5.2.2 深度相機Xtion標定65-67
• 5.2.3 機械臂抓取軌跡規(guī)劃67-70
• 5.2.4 機械臂的抓取仿真實驗70-72
• 5.3 本章小結72-74
• 總結與展望74-76
• 參考文獻76-81
• 致謝81-83
• 附錄83-84

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 侯保林,樵軍謀,韓宏潮;一重載高速機械臂的結構與控制同時設計[J];機械設計;2004年01期

2 賈宏亮;姚瓊;黃強;;基于質(zhì)量分配的空間機械臂剛度優(yōu)化[J];中國空間科學技術;2008年03期

3 李斌;;月球車車載機械臂的研究進展及關鍵技術探討[J];機器人技術與應用;2008年03期

4 ;美大學研發(fā)腦波控制機械臂[J];機械研究與應用;2009年01期

5 任美玲;陶大錦;;機械臂的研究與進展[J];出國與就業(yè)(就業(yè)版);2012年02期

6 劉朋增;;基于移動平臺的機械臂結構分析與設計[J];企業(yè)導報;2013年11期

7 ;手術用微型機械臂[J];機器人情報;1994年01期

8 賀棚梓;;升級版加拿大機械臂[J];太空探索;2014年02期

9 張暢;唐立軍;吳定祥;賀慧勇;司妞;李濤;;六軸機械臂在冰箱能耗檢測線中的軌跡分析[J];電子科技;2014年04期

10 楊孝文;;猴子學會用控制機械臂[J];共產(chǎn)黨員;2008年14期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王印超;賴小明;楊學寧;李建永;陳化智;陶建國;;繩驅(qū)式表取采樣機械臂的設計研究[A];中國宇航學會深空探測技術專業(yè)委員會第九屆學術年會論文集（下冊）[C];2012年

2 張繼輝;;助力機械臂在汽車制造業(yè)中的應用[A];第九屆河南省汽車工程技術研討會論文集[C];2012年

3 黃登峰;陳力;;基于雙向映射神經(jīng)元網(wǎng)絡的漂浮基空間機械臂逆運動學控制[A];慶祝中國力學學會成立50周年暨中國力學學會學術大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

4 陳瑞燕;梁輝;馮永;;用于深水水下設備下放安裝的多功能機械臂[A];第十三屆中國科協(xié)年會第13分會場-海洋工程裝備發(fā)展論壇論文集[C];2011年

5 朱華里;張芳;;電機控制下的一類彈性機械臂系統(tǒng)的鎮(zhèn)定[A];1996年中國控制會議論文集[C];1996年

6 鄭樺;叢爽;魏子翔;;提高實際繪圖精度與速度的二自由度機械臂控制[A];2007年中國智能自動化會議論文集[C];2007年

7 劉達;王田苗;張浩;;一種用于輔助外科手術的機械臂設計[A];第十二屆全國機構學學術研討會論文集[C];2000年

8 韓清凱;張昊;高培鑫;劉金國;;機械臂系統(tǒng)控制同步的非線性動力學特性研究[A];第十四屆全國非線性振動暨第十一屆全國非線性動力學和運動穩(wěn)定性學術會議摘要集與會議議程[C];2013年

9 梁捷;陳力;;漂浮基空間機械臂姿態(tài)與末端抓手協(xié)調(diào)運動的模糊變結構滑�？刂芠A];慶祝中國力學學會成立50周年暨中國力學學會學術大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

10 劉慶杰;許向陽;戴亞平;;基于機械臂轉(zhuǎn)速的遠程廣義最小方差控制[A];全國煉鋼連鑄過程自動化技術交流會論文集[C];2006年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;“鳳凰”輕舒機械臂,火星留下第一痕[N];新華每日電訊;2008年

2 葛秋芳;科學家讓猴子憑“意念”操縱機械臂抓取食物[N];新華每日電訊;2008年

3 毛毛;瑞典開發(fā)出不怕水的微型機械臂[N];中國高新技術產(chǎn)業(yè)導報;2000年

4 ;瑞典開發(fā)出不怕水的醫(yī)用微型機械臂[N];中國信息報;2000年

5 王曉晨 潘晨;讓中國“臂”炫舞太空[N];中國航天報;2012年

6 田兆運 張曉祺;“玉兔號”:機械臂投放測試成功，即將開始休眠[N];新華每日電訊;2013年

7 通訊員 祁登峰 記者 付毅飛;“玉兔”機械臂成功實施首次科學探測[N];科技日報;2014年

8 子虎;未來做手術動口不動手[N];北京科技報;2004年

9 張雪松;“衛(wèi)星抓衛(wèi)星”緣何有人不安[N];中國航天報;2013年

10 ;連續(xù)式熔銅擠壓機械臂[N];中國有色金屬報;2003年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郭宇飛;不確定彈藥自動裝填系統(tǒng)動力學與控制研究[D];南京理工大學;2015年

2 武遵;適用于核聚變反應艙的多關節(jié)機械臂關鍵技術研究[D];中國科學技術大學;2016年

3 王琨;提高串聯(lián)機械臂運動精度的關鍵技術研究[D];中國科學技術大學;2013年

4 杜濱;全方位移動機械臂協(xié)調(diào)規(guī)劃與控制[D];北京工業(yè)大學;2013年

5 張鵬;機械臂協(xié)調(diào)操作柔性負載系統(tǒng)動力學與控制[D];吉林大學;2010年

6 唐志國;機械臂操作柔性負載系統(tǒng)分布參數(shù)建模與控制方法研究[D];吉林大學;2011年

7 叢佩超;空間機械臂抓取目標的碰撞前構型規(guī)劃與控制問題研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

8 杜艷麗;可重構機械臂分散控制及主動容錯控制方法研究[D];吉林大學;2014年

9 廖一寰;空間自由漂浮機械臂系統(tǒng)的運動規(guī)劃方法研究[D];國防科學技術大學;2011年

10 石進峰;空間機械臂熱控制關鍵技術研究[D];中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所);2014年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 龐征博;船舶大分段劃線機械臂控制技術研究[D];大連理工大學;2012年

2 李彬;基于平行機構的發(fā)動機缸蓋螺栓擰緊機械臂的研發(fā)[D];華南理工大學;2015年

3 劉彩鳳;不同重力環(huán)境下空間機械臂摩擦補償控制研究[D];燕山大學;2015年

4 王海濱;基于TMS320F2812的一階機械臂控制系統(tǒng)的研究[D];東北林業(yè)大學;2015年

5 賈召敏;排爆機械臂結構設計與控制研究[D];南京理工大學;2015年

6 張會會;某機械臂液壓系統(tǒng)可靠性分析[D];南京理工大學;2015年

7 吳誠驍;托卡馬克腔特種環(huán)境下內(nèi)窺機械臂閉環(huán)主動冷卻系統(tǒng)研究[D];上海交通大學;2015年

8 林俐;托卡馬克柔性內(nèi)窺機械臂剛?cè)狁詈蟿恿W建模與仿真[D];上海交通大學;2015年

9 謝廣慶;托卡馬克腔內(nèi)作業(yè)機械臂運載車系統(tǒng)研究[D];上海交通大學;2015年

10 岳宗帥;可重構機械臂關節(jié)模塊控制器設計及運動控制研究[D];沈陽理工大學;2015年

  本文關鍵詞：室內(nèi)移動機器人自主導航與抓取規(guī)劃，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：266831