多關(guān)節(jié)檢修機(jī)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(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(如最短路徑長(zhǎng)度、最短行進(jìn)時(shí)間、最小能量消耗等)，規(guī)劃一條從起始點(diǎn)位置到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)位置最優(yōu)(或次優(yōu))的無碰(避障)路徑。 機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)是避障路徑規(guī)劃研究的基礎(chǔ)，本文首先建立了多關(guān)節(jié)檢修機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題的求解較為復(fù)雜，因?yàn)樗鼘?shí)質(zhì)上是解一個(gè)非線性方程的問題，目前尚沒有通用的解法。根據(jù)該機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的冗余度低，工作環(huán)境受限的實(shí)際情況，給出了一種簡(jiǎn)單易行的幾何圖解法，

2、并在VC++仿真平臺(tái)下對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。 在機(jī)械臂進(jìn)行檢修工作時(shí)，如何判斷和避免機(jī)械臂碰撞是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)作業(yè)的前提。針對(duì)該檢修機(jī)械臂的具體結(jié)構(gòu)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(jié)合的網(wǎng)絡(luò)包圍法，將空間局部域進(jìn)行有效分解，通過簡(jiǎn)單有效的幾何等效，把機(jī)械臂的碰撞檢測(cè)問題轉(zhuǎn)化為空間解析幾何問題，大大簡(jiǎn)化了問題的求解。 機(jī)器人無碰撞路徑規(guī)劃問題至今未能很好解決，特別是對(duì)三維空間的無碰撞路徑規(guī)劃困難更大。

3、由于隨機(jī)路標(biāo)法具有易實(shí)現(xiàn)、通用性好的特點(diǎn)，特別是在解決多自由度機(jī)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(jī)路標(biāo)法得到一個(gè)表示機(jī)械臂位形空間結(jié)構(gòu)信息的路標(biāo)，提前檢驗(yàn)各個(gè)路標(biāo)之間的連通關(guān)系得到一個(gè)路標(biāo)連通圖，當(dāng)實(shí)際路徑規(guī)劃時(shí)，分別找到距出發(fā)點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)最近的兩個(gè)路標(biāo)點(diǎn)，然后利用啟發(fā)式搜索方法搜索路標(biāo)連通圖得到連接兩個(gè)路標(biāo)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(chǔ)上，為了提高路徑規(guī)劃的實(shí)時(shí)

4、性，采用基于貪婪碰撞檢測(cè)的啟發(fā)式雙向路徑搜索對(duì)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行實(shí)時(shí)規(guī)劃。其具有以下特點(diǎn)：不需要預(yù)計(jì)算路標(biāo)圖，這樣節(jié)省了大量的預(yù)計(jì)算時(shí)間；進(jìn)行雙向采樣，逐步增加以輸入查詢位形為根的兩棵路標(biāo)樹來建立路標(biāo)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(cè)，延遲碰撞檢測(cè)操作直到完全需要檢測(cè)，可以節(jié)省規(guī)劃時(shí)間。 最后針對(duì)具體的路徑規(guī)劃問題分別進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果表明運(yùn)用的規(guī)劃方法可以很好解決機(jī)械臂在工作過程中的平穩(wěn)性，以及控制時(shí)的