冗余機械臂運動避障與路徑規(guī)劃.pdf

1、冗余機械臂具有高度的靈活性、容錯性與可靠性，利用它的自運動特性可以完成躲避障礙物、躲避奇異點、躲避關節(jié)限位、優(yōu)化關節(jié)力矩等性能指標。本文以一種七自由度冗余機械臂為研究對象，研究了冗余機械臂的運動避障與路徑規(guī)劃問題，將為我國空間站機械臂技術的發(fā)展提供理論支持，主要研究內容如下:
　　首先，本文對其七自由度冗余機械臂進行運動學建模和正逆運動學分析。運用蒙特卡洛方法求解其工作空間，為后面進行避障分析做鋪墊。并在Matlab中對建立的七自

2、由度冗余機械臂的運動學方程進行驗證，驗證了運動學方程的正確性。
　　其次，針對基于附加速度背離法避障過程中產(chǎn)生的震蕩問題進行了改進。對于多個桿件同時靠近同一個障礙物時造成的震蕩問題，這里采用多個連桿避障求解按距離進行加權平均，然后通過添加兩個參數(shù)調整主運動和附加運動的優(yōu)先級，使之平滑過渡以增加避障過程中的平穩(wěn)性。以Matlab為仿真平臺對平面冗余機械臂對單個障礙物和多個障礙物避障分別進行仿真驗證以及對本文研究的七自由度冗余機械臂鉆

3、孔避障作了仿真分析。
　　再次，為了解決RRT*算法規(guī)劃成功率低、收斂速度慢的問題，在RRT*算法的基礎上，引入一種能夠智能選擇最優(yōu)樹的雙向搜索策略和基于三角不等式的路徑優(yōu)化算法，提出了一種改進的RRT*算法。針對規(guī)劃路徑不光滑問題，運用貝塞爾曲線對路徑進行平滑處理。仿真結果表明，無論在低維空間還是高維空間，在相同的規(guī)劃時間內，改進的RRT*算法具有更高的規(guī)劃效率，能夠更快收斂于最優(yōu)路徑;經(jīng)貝塞爾曲線平滑處理的路徑，不僅能保證機械