發(fā)布時間：2021-01-09 21:33

　　在“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”雙重社會背景下,制造業(yè)成為立國之本、興國之器、強國之基。雖然串聯(lián)機器人操作臂在制造業(yè)領(lǐng)域里已經(jīng)得到廣泛的作用,但是傳統(tǒng)串聯(lián)操作臂的避障運動規(guī)劃嚴重依賴人工示教,因此存在著工作量大、自動化程度低等問題。本文提出改進雙樹RRT（Rapid-Exploration Random Tree）算法與Dijkstra算法結(jié)合實現(xiàn)串聯(lián)操作臂的快速避障運動規(guī)劃,并以Dobot三自由度和PUMA560六自由度操作臂為研究對象,對模型構(gòu)建與運動學(xué)分析、碰撞檢測、路徑規(guī)劃以及軌跡規(guī)劃等內(nèi)容展開了研究。論文的主要內(nèi)容如下:首先,通過操作臂正逆運動學(xué)方程和Denavit-Hartenberg（D-H）參數(shù)法,在MATLAB Robotics Toolbox（機器人工具箱）中構(gòu)建了Dobot和PUMA560串聯(lián)操作臂的三維數(shù)學(xué)模型�；贛onte Carlo（蒙特卡羅）點云法和計算機圖形學(xué)生成了各自的工作空間模型,并對操作臂和空間障礙物包絡(luò)模型的干涉關(guān)系進行了數(shù)學(xué)描述。然后,針對傳統(tǒng)規(guī)劃算法運算效率較低的缺點,提出改進雙樹RRT避障路徑規(guī)劃算法,引入了擴展目標(biāo)點變更、極致貪婪... 

【文章來源】：河南工業(yè)大學(xué)河南省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

操作臂MATLAB模型

2串聯(lián)操作臂建模與運動學(xué)分析22（b）PUMA560操作臂圖12操作臂工作空間2.5.1操作臂規(guī)劃空間運動規(guī)劃的任務(wù)是確定操作臂起止位姿之間的連續(xù)運動軌跡，并得到操作臂各個關(guān)節(jié)角度、角速度、角加速度關(guān)于時間的函數(shù)。軌跡和路徑的區(qū)別在于，軌跡是操作臂末端的位姿、速度關(guān)于時間變化的曲線，而路徑僅僅是與時間無關(guān)的空間路線。操作臂運動規(guī)劃研究即可以在笛卡爾空間也可以在關(guān)節(jié)空間內(nèi)進行。根據(jù)操作臂的自由度數(shù)以及具體應(yīng)用工作場景需要選擇不同的操作臂運動規(guī)劃場景。笛卡爾空間就是以操作臂三維空間位置坐標(biāo)作為坐標(biāo)軸方向矢量的描述空間。笛卡爾空間下的操作臂運動規(guī)劃，是操作臂末端運行路徑位置及其姿態(tài)關(guān)于時間的函數(shù)，以及計算出的相應(yīng)的線速度曲線。直線插補和圓弧插補是笛卡爾空間軌跡規(guī)劃的兩種基本方法，很多操作臂給定工作曲線都可以采用直線插補和圓弧插補算法，以直線和曲線兩種形式聯(lián)合逼近[52]。所謂關(guān)節(jié)空間，就是以操作臂關(guān)節(jié)角度作為方向矢量的工作空間[53]。關(guān)節(jié)空間運動規(guī)劃的定義是操作臂關(guān)節(jié)角度關(guān)于時間的函數(shù)來表示操作臂的運動軌跡。操作臂各個關(guān)節(jié)到達指定位置時間相同，各個關(guān)節(jié)之間獨立控制，互不干涉。操作臂末端點執(zhí)行器的位置通過正運動學(xué)方程可以得出，操作臂可以通過反饋控制關(guān)節(jié)運動達到末端執(zhí)行器期望位姿。2.5.2空間障礙物的描述操作臂應(yīng)用場景具有非結(jié)構(gòu)化、動態(tài)和復(fù)雜度高等特性，在工作環(huán)境內(nèi)存在著靜態(tài)或者動態(tài)的障礙物。在操作臂避障運動規(guī)劃研究中，需要對空間中的障礙物進行模型簡化，便于進行碰撞檢測。碰撞檢測是指判斷操作臂運動過程中是否與障礙物干涉關(guān)系。由于一般障礙物多為不規(guī)則的物體，難以確定相互位置關(guān)系，故采用空間規(guī)則幾何體方

倉?灝?綬?蚧?僮鞅鄣哪Ｐ停?芄桓?玫謀Ａ舨僮鞅鄣慕峁固匭�。因�?僮鞅?在運動過程中底座位姿不發(fā)生變化，所以只對剩下的連桿進行簡化�？臻g障礙物的簡化方法可以采用2.5.2節(jié)介紹的球體包絡(luò)法和長方體包絡(luò)法。這兩種方法各有優(yōu)缺點，對于球體包絡(luò)法而言，其優(yōu)點是障礙物模型建立方便并可以忽略障礙物的位姿影響，也就是在碰撞判斷時只需要計算空間點和球心的距離的大小即可判斷，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)快速碰撞檢測并且實現(xiàn)過程簡單；其缺點是采用球體包絡(luò)法會使原規(guī)劃空間障礙物的體積變大，如此將大大減少操作臂的規(guī)劃空間。圖17長方體包絡(luò)模型圖長方體包絡(luò)模型如圖17所示，對于長方體包絡(luò)法而言，其優(yōu)點是可以克服球體包絡(luò)法的缺點，較好的維持和原空間障礙物一樣的空間，可以忽略障礙物的包絡(luò)對碰撞檢測的影響；但其受到位姿的限制，長方體的各個棱邊必須平行于相應(yīng)的坐標(biāo)軸，本課題將這樣的長方體稱為正長方體。如果空間中的障礙物是一個傾斜的物體，可以將其采用

【參考文獻】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：2967435