多關節(jié)檢修機械臂避障路徑規(guī)劃研究.pdf

1、避障路徑規(guī)劃問題是在具有障礙物的環(huán)境中，按照某個評價標準(如最短路徑長度、最短行進時間、最小能量消耗等)，規(guī)劃一條從起始點位置到達目標點位置最優(yōu)(或次優(yōu))的無碰(避障)路徑。 機械臂的運動學是避障路徑規(guī)劃研究的基礎，本文首先建立了多關節(jié)檢修機械臂的運動學模型。運動學逆問題的求解較為復雜，因為它實質上是解一個非線性方程的問題，目前尚沒有通用的解法。根據(jù)該機械臂結構的冗余度低，工作環(huán)境受限的實際情況，給出了一種簡單易行的幾何圖解法，

2、并在VC++仿真平臺下對其運動學進行了仿真驗證。 在機械臂進行檢修工作時，如何判斷和避免機械臂碰撞是實現(xiàn)自動作業(yè)的前提。針對該檢修機械臂的具體結構及特殊的工作環(huán)境，提出了一種基于包圍盒和等效空間圓柱體相結合的網(wǎng)絡包圍法，將空間局部域進行有效分解，通過簡單有效的幾何等效，把機械臂的碰撞檢測問題轉化為空間解析幾何問題，大大簡化了問題的求解。 機器人無碰撞路徑規(guī)劃問題至今未能很好解決，特別是對三維空間的無碰撞路徑規(guī)劃困難更大。

3、由于隨機路標法具有易實現(xiàn)、通用性好的特點，特別是在解決多自由度機器人路徑規(guī)劃上所表現(xiàn)的有效性，近幾年引起了研究人員的重視。本文采用一般隨機路標法得到一個表示機械臂位形空間結構信息的路標，提前檢驗各個路標之間的連通關系得到一個路標連通圖，當實際路徑規(guī)劃時，分別找到距出發(fā)點和目標點最近的兩個路標點，然后利用啟發(fā)式搜索方法搜索路標連通圖得到連接兩個路標的路徑，從而得到需要的路徑。 在綜合分析路徑規(guī)劃研究的基礎上，為了提高路徑規(guī)劃的實時

4、性，采用基于貪婪碰撞檢測的啟發(fā)式雙向路徑搜索對機械臂運動路徑進行實時規(guī)劃。其具有以下特點：不需要預計算路標圖，這樣節(jié)省了大量的預計算時間；進行雙向采樣，逐步增加以輸入查詢位形為根的兩棵路標樹來建立路標圖，兩棵樹的交替采樣能保持兩棵樹的平衡；采用貪婪碰撞檢測，延遲碰撞檢測操作直到完全需要檢測，可以節(jié)省規(guī)劃時間。 最后針對具體的路徑規(guī)劃問題分別進行了仿真分析，結果表明運用的規(guī)劃方法可以很好解決機械臂在工作過程中的平穩(wěn)性，以及控制時的