遙操作機(jī)械手人機(jī)協(xié)同避碰規(guī)劃.pdf

1、機(jī)器人正在從工廠的結(jié)構(gòu)化環(huán)境進(jìn)入人們每天的生活環(huán)境，小到娛樂型的無人機(jī)、電動(dòng)平衡車、智能家電掃地機(jī)器人等，大到家庭服務(wù)機(jī)器人和醫(yī)療機(jī)器人等，機(jī)器人與我們的聯(lián)系將更加緊密。世界的最大經(jīng)濟(jì)體中國正面臨人口老齡化、人力成本上升、全球工人薪資上升等一系列問題，為解決這些問題中國已經(jīng)開始著手嘗試在工廠中使用先進(jìn)的制造型機(jī)器人，帶動(dòng)制造業(yè)行業(yè)。機(jī)器人將繼續(xù)在制造業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮其至關(guān)重要的貢獻(xiàn)。
　　機(jī)器人在人類生產(chǎn)和人類生活中的作用如此巨大，但是

2、機(jī)器人智能技術(shù)的不完善極大限制了機(jī)器人對(duì)人類社會(huì)的貢獻(xiàn)。因此，將機(jī)器人學(xué)相關(guān)問題按照當(dāng)前的需求分類為:避碰規(guī)劃、碰撞檢測(cè)、遙操作、人機(jī)協(xié)同和機(jī)器人協(xié)作等研究方向，在不同研究方向上不斷改進(jìn)機(jī)器人智能技術(shù)，挖掘機(jī)器智能技術(shù)的發(fā)展空間。
　　本文研究了人機(jī)協(xié)同下機(jī)械手避碰的多種控制模式，設(shè)計(jì)的機(jī)械手操控界面有利于機(jī)械手各種控制模式的快速切換，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的避碰規(guī)劃。利用GJK碰撞檢測(cè)算法，實(shí)時(shí)獲取機(jī)械手與已知環(huán)境的最短距離和一組最近點(diǎn)

3、作為避碰規(guī)劃的基礎(chǔ)，并依據(jù)這些信息改進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)法，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手避開運(yùn)動(dòng)路徑中的障礙物。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　首先，避碰規(guī)劃的環(huán)境建模。針對(duì)實(shí)物機(jī)械手所處的環(huán)境，創(chuàng)建環(huán)境中各物體的模型。提出針對(duì)多剛體的一種統(tǒng)一表示方法:通用樹型表示法。一個(gè)物體包含若干子物體，子物體又包含若干單剛體或凸多面體，并且當(dāng)主物體確定時(shí)各個(gè)層次之間的關(guān)系就是明確的。
　　其次，避碰規(guī)劃與碰撞檢測(cè)。在本文中機(jī)械手的避碰規(guī)劃，主要是指在操控模式下從當(dāng)前位姿

4、運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位姿，同時(shí)避開路徑中的障礙物，無碰撞地完成任務(wù)。闡述避碰規(guī)劃的原理及相關(guān)碰撞檢測(cè)算法，并比較當(dāng)前主流的碰撞檢測(cè)算法，選取GJK碰撞檢測(cè)算法。
　　再次，人機(jī)協(xié)同下機(jī)械手半自主避碰的實(shí)現(xiàn)。借助GJK算法，實(shí)時(shí)獲取機(jī)械手與周圍環(huán)境中障礙物的碰撞信息:是否碰撞、最短距離以及最短距離對(duì)應(yīng)的多組點(diǎn)集。本文采用人工勢(shì)場(chǎng)法構(gòu)造機(jī)械手的避碰規(guī)劃環(huán)境，引導(dǎo)機(jī)械手沿勢(shì)能下降的方向運(yùn)動(dòng)，并且避開障礙物，到達(dá)期望目標(biāo)位姿。
　　最后，人機(jī)