基于在線避障的機(jī)器人示范編程技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，空間機(jī)器人在完成在軌維修維護(hù)任務(wù)方面的優(yōu)勢愈加明顯，空間機(jī)器人技術(shù)也越來越受各國的重視。但隨著機(jī)器人完成的工作越來越復(fù)雜，機(jī)器人控制方式暴露的問題也越來越明顯：傳統(tǒng)的人工編程方式復(fù)雜繁瑣，且對專業(yè)知識水平要求較高；傳統(tǒng)的軌跡示教方式生成的軌跡單一，環(huán)境適應(yīng)性較差；傳統(tǒng)的避障方法多為離線避障，不能滿足實時性的要求。針對以上問題，本文對機(jī)器人的示范編程方法和在線避障方法進(jìn)行了研究。本文研究內(nèi)容主要分為以下幾個方面

2、：
　　本文首先建立了基于虛擬現(xiàn)實的在軌維修維護(hù)系統(tǒng)遙操作平臺。建立了在軌維修維護(hù)系統(tǒng)中機(jī)器人的運動學(xué)模型，并對機(jī)器人的奇異構(gòu)形進(jìn)行了分析。遙操作平臺實現(xiàn)了對機(jī)器人運動的預(yù)測仿真，為操作者提供了逼真的視覺臨場感，也為預(yù)編程軌跡的設(shè)計與仿真提供了可視化的平臺；同時，還集成了數(shù)據(jù)手套和空間鼠標(biāo)等遙操作設(shè)備，實現(xiàn)了機(jī)器人的實時遙操作控制。其次，提出了一種基于最小二乘支持向量機(jī)的示范編程方法，提高了機(jī)器人使用的便捷性，減小了操作者編程壓力

3、，降低了對操作者技能水平的要求。該方法能夠根據(jù)機(jī)器人的初始狀態(tài)自動生成任務(wù)軌跡，在一定范圍內(nèi)克服了環(huán)境的擾動。該方法首先利用動態(tài)系統(tǒng)描述機(jī)器人末端軌跡，然后引入最小二乘支持向量機(jī)利用運動學(xué)實例對該動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，獲得運動模型，最后機(jī)器人根據(jù)其初始狀態(tài)利用運動模型自動生成軌跡。與傳統(tǒng)的示范編程方法相比，該方法主要針對機(jī)器人的工作環(huán)境中存在障礙物的情況，具有較強(qiáng)的泛化能力，能夠通過對支持向量機(jī)參數(shù)的改變來調(diào)節(jié)生成的軌跡。為了驗證方法的有效

4、性，利用Matlab對其進(jìn)行了仿真，并分析了最小二乘支持向量機(jī)的相關(guān)參數(shù)對生成軌跡的影響。再次，提出了一種基于動態(tài)系統(tǒng)的在線避障方法，保證了機(jī)器人在不確定環(huán)境中的安全性。該方法首先根據(jù)障礙物的大小、位置以及形狀等信息建立一個動態(tài)系統(tǒng)調(diào)制矩陣，對利用動態(tài)系統(tǒng)描述的機(jī)器人軌跡進(jìn)行調(diào)制，控制機(jī)器人運動到障礙物邊緣時沿障礙物上該點法線方向上的速度為零，從而達(dá)到避障的目的。這種方法優(yōu)勢在于保持了軌跡基本原有特征，僅對障礙物附近的軌跡進(jìn)行調(diào)制。為了