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文檔簡介
1、機器人運動軌跡規(guī)劃是機器人學(xué)研究領(lǐng)域中最重要的課題之一,機器人軌跡規(guī)劃問題在機器人的控制中占有重要的地位。一般將機器人的運動軌跡規(guī)劃分為兩種,即關(guān)節(jié)空間內(nèi)的軌跡規(guī)劃和笛卡爾空間內(nèi)的軌跡規(guī)劃,同時從機器人的數(shù)理基礎(chǔ)和機構(gòu)特點出發(fā),又可分為運動學(xué)軌跡規(guī)劃和動力學(xué)軌跡規(guī)劃。運動學(xué)軌跡規(guī)劃是指基于機器人的運動學(xué)方程而進行的規(guī)劃,動力學(xué)軌跡規(guī)劃是指基于機器人的動力學(xué)理論而進行的規(guī)劃。本課題主要研究平面連桿機器人(或稱機器人)在關(guān)節(jié)空間內(nèi)的運動學(xué)軌
2、跡規(guī)劃問題。
首先,本文對機器人的定義和發(fā)展前景作了介紹,對機器人技術(shù)發(fā)展的概況、應(yīng)用等作了簡要的論述,同時回顧了機器人軌跡規(guī)劃的研究現(xiàn)狀,并說明了課題的主要研究工作和論文的大致安排。
其次,課題論述了機器人的運動學(xué)和動力學(xué)基本理論和基本知識。在討論機器人的運動學(xué)理論時,詳細闡述了坐標(biāo)變換和機器人的運動學(xué)求解問題,鑒于機器人運動學(xué)的逆解問題直接涉及機器人軌跡規(guī)劃問題的研究,所以它在機器人的運動學(xué)軌跡規(guī)劃中占有
3、重要的地位。在機器人的動力學(xué)理論部分,簡要介紹了三種常用的動力學(xué)建模方式。
再次,論文闡述了機器人運動學(xué)軌跡規(guī)劃的一般性問題。先是簡要說明了兩個坐標(biāo)空間內(nèi)軌跡規(guī)劃的區(qū)別,然后重點討論了關(guān)節(jié)空間內(nèi)的運動學(xué)軌跡規(guī)劃,并給出了關(guān)節(jié)空間內(nèi)五種常用的軌跡插值算法。
最后,課題采用兩種算法研究了機器人的運動軌跡規(guī)劃問題,這是研究的重點內(nèi)容。第一種算法是采用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)進行的運動學(xué)規(guī)劃,另外一種是采
4、用勢場法實現(xiàn)機器人的避障運動學(xué)規(guī)劃。在采用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)進行規(guī)劃的研究中,考慮到ANFIS系統(tǒng)是基于數(shù)據(jù)建模的,所以選取一定數(shù)量的可靠模型數(shù)據(jù)是關(guān)鍵所在。課題是根據(jù)機器人的逆運動學(xué)模型采集數(shù)據(jù),然后利用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)、自訓(xùn)練功能求解機器人的逆解,從而完成機器人的軌跡規(guī)劃,仿真實驗結(jié)果證實了該算法的有效性和可行性。在研究機器人的避障軌跡規(guī)劃時,本課題采用了勢場法,這里分兩種情況:一種是僅考慮機器人手端(終端)實現(xiàn)避
5、障而不考慮機器人各個關(guān)節(jié)是否避開障礙物;另一種情況是考慮機器人各個關(guān)節(jié)實現(xiàn)避障條件下的軌跡規(guī)劃。在這兩種情況下,勢函數(shù)的構(gòu)造是關(guān)鍵。第一種情況下的勢函數(shù)是由目標(biāo)位置產(chǎn)生的吸引力和障礙物所形成的斥力而合成,第二種情況下的勢函數(shù)是根據(jù)機器人的速度分解原則進行構(gòu)造,主要是針對冗余度機器人進行研究的。實現(xiàn)避障規(guī)劃的目的主要是研究機器人的手端避開障礙物時的運行軌跡問題,進而規(guī)劃出各個關(guān)節(jié)的角度變化曲線,所有仿真實驗結(jié)果證實了勢場法在實現(xiàn)機器人實現(xiàn)
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