在“工業(yè)4.0”和“中國(guó)制造2025”雙重社會(huì)背景下,制造業(yè)成為立國(guó)之本、興國(guó)之器、強(qiáng)國(guó)之基。雖然串聯(lián)機(jī)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(yùn)動(dòng)規(guī)劃嚴(yán)重依賴人工示教,因此存在著工作量大、自動(dòng)化程度低等問(wèn)題。本文提出改進(jìn)雙樹(shù)RRT（Rapid-Exploration Random Tree）算法與Dijkstra算法結(jié)合實(shí)現(xiàn)串聯(lián)操作臂的快速避障運(yùn)動(dòng)規(guī)劃,并以Dobot三自由度和PUMA560六自由度操作臂為研究對(duì)象,對(duì)模型構(gòu)建與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、碰撞檢測(cè)、路徑規(guī)劃以及軌跡規(guī)劃等內(nèi)容展開(kāi)了研究。論文的主要內(nèi)容如下:首先,通過(guò)操作臂正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和Denavit-Hartenberg（D-H）參數(shù)法,在MATLAB Robotics Toolbox（機(jī)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(diǎn)云法和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)生成了各自的工作空間模型,并對(duì)操作臂和空間障礙物包絡(luò)模型的干涉關(guān)系進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述。然后,針對(duì)傳統(tǒng)規(guī)劃算法運(yùn)算效率較低的缺點(diǎn),提出改進(jìn)雙樹(shù)RRT避障路徑規(guī)劃算法,引入了擴(kuò)展目標(biāo)點(diǎn)變更、極致貪婪... 

【文章來(lái)源】：河南工業(yè)大學(xué)河南省

【文章頁(yè)數(shù)】：85 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

操作臂MATLAB模型

2串聯(lián)操作臂建模與運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)劃的任務(wù)是確定操作臂起止位姿之間的連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡，并得到操作臂各個(gè)關(guān)節(jié)角度、角速度、角加速度關(guān)于時(shí)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(shí)間變化的曲線，而路徑僅僅是與時(shí)間無(wú)關(guān)的空間路線。操作臂運(yùn)動(dòng)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(jìn)行。根據(jù)操作臂的自由度數(shù)以及具體應(yīng)用工作場(chǎng)景需要選擇不同的操作臂運(yùn)動(dòng)規(guī)劃場(chǎng)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(yùn)動(dòng)規(guī)劃，是操作臂末端運(yùn)行路徑位置及其姿態(tài)關(guān)于時(shí)間的函數(shù)，以及計(jì)算出的相應(yīng)的線速度曲線。直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)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(bǔ)和圓弧插補(bǔ)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(yùn)動(dòng)規(guī)劃的定義是操作臂關(guān)節(jié)角度關(guān)于時(shí)間的函數(shù)來(lái)表示操作臂的運(yùn)動(dòng)軌跡。操作臂各個(gè)關(guān)節(jié)到達(dá)指定位置時(shí)間相同，各個(gè)關(guān)節(jié)之間獨(dú)立控制，互不干涉。操作臂末端點(diǎn)執(zhí)行器的位置通過(guò)正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程可以得出，操作臂可以通過(guò)反饋控制關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)達(dá)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(chǎng)景具有非結(jié)構(gòu)化、動(dòng)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(dòng)態(tài)的障礙物。在操作臂避障運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究中，需要對(duì)空間中的障礙物進(jìn)行模型簡(jiǎn)化，便于進(jìn)行碰撞檢測(cè)。碰撞檢測(cè)是指判斷操作臂運(yùn)動(dòng)過(guò)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(cāng)?灝?綬?蚧?僮鞅鄣哪Ｐ停?芄桓?玫謀Ａ舨僮鞅鄣慕峁固匭浴Ｒ蛭?僮鞅?在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中底座位姿不發(fā)生變化，所以只對(duì)剩下的連桿進(jìn)行簡(jiǎn)化�？臻g障礙物的簡(jiǎn)化方法可以采用2.5.2節(jié)介紹的球體包絡(luò)法和長(zhǎng)方體包絡(luò)法。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于球體包絡(luò)法而言，其優(yōu)點(diǎn)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(shí)只需要計(jì)算空間點(diǎn)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(cè)并且實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)單；其缺點(diǎn)是采用球體包絡(luò)法會(huì)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(zhǎng)方體包絡(luò)模型圖長(zhǎng)方體包絡(luò)模型如圖17所示，對(duì)于長(zhǎng)方體包絡(luò)法而言，其優(yōu)點(diǎn)是可以克服球體包絡(luò)法的缺點(diǎn)，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(duì)碰撞檢測(cè)的影響；但其受到位姿的限制，長(zhǎng)方體的各個(gè)棱邊必須平行于相應(yīng)的坐標(biāo)軸，本課題將這樣的長(zhǎng)方體稱為正長(zhǎng)方體。如果空間中的障礙物是一個(gè)傾斜的物體，可以將其采用

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：2967435