基于敏感皮膚的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法研究.pdf

1、智能化是機(jī)器人科學(xué)研究主要發(fā)展方向之一。機(jī)器人的智能主要體現(xiàn)在未知障礙環(huán)境中自主工作，這是在空間探索以及危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)機(jī)器人必須解決的理論與技術(shù)。當(dāng)前應(yīng)用的多關(guān)節(jié)機(jī)器人由于缺乏對(duì)周圍環(huán)境的感知能力，不能在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中自主工作，限制了機(jī)器人的應(yīng)用范圍?；趥鞲行畔⒌膶?shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃成為機(jī)器人研究領(lǐng)域之一。
　　機(jī)器人要在未知環(huán)境中自主工作必須具有環(huán)境感知和實(shí)時(shí)決策能力，這對(duì)于手臂型多關(guān)節(jié)機(jī)器人尤其困難，世界上還沒(méi)有很好的解決方法。本文在

2、國(guó)家自然科學(xué)基金支持下進(jìn)行了基于傳感信息的機(jī)器人實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法的研究，目標(biāo)就是建立機(jī)器人避碰實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究基于敏感皮膚的多關(guān)節(jié)機(jī)器人工作過(guò)程中實(shí)時(shí)自主避障理論、技術(shù)和方法。在分析了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，成功地研制出適應(yīng)于多關(guān)節(jié)機(jī)器人的敏感皮膚系統(tǒng)，提出了機(jī)器人實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法，實(shí)驗(yàn)表明該機(jī)器人系統(tǒng)在未知環(huán)境中可以自主工作，增加了機(jī)器人的應(yīng)用范圍。
　　本文研制了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的敏感皮膚系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行了性能分析與測(cè)

3、試。分析了紅外傳感器特性，研究了紅外傳感器的測(cè)距機(jī)理，建立了紅外傳感器的數(shù)學(xué)模型。敏感皮膚由大面積的紅外傳感器陣列構(gòu)成，覆蓋在機(jī)器人表面，通過(guò)給與系統(tǒng)感知環(huán)境的能力，敏感皮膚使在非結(jié)構(gòu)化以及時(shí)變的環(huán)境中自主操作成為可能。研制了可以讓機(jī)器人上每個(gè)部位都發(fā)現(xiàn)可能的碰撞的硬件系統(tǒng)。傳感器信息可以被算法用作控制機(jī)器人躲避障礙物，使其在未知環(huán)境自主工作。
　　建立了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃仿真的虛擬傳感器系統(tǒng)，用來(lái)研究應(yīng)用在機(jī)器人上的真實(shí)傳感器系統(tǒng)。

4、首次提出了敏感皮膚的仿真算法，并針對(duì)不同類型傳感器設(shè)置進(jìn)行了仿真。該方法避免了對(duì)單個(gè)傳感器分別進(jìn)行仿真的過(guò)程，使虛擬傳感器滿足運(yùn)動(dòng)仿真的時(shí)間要求。該虛擬傳感器系統(tǒng)可以為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃仿真提供真實(shí)傳感器的仿真信息，用于測(cè)試基于傳感器的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法，提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試的效率。
　　針對(duì)多自由度的機(jī)器人操作提出了一種通用的基于傳感信息的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法。避免了建立C-空間障礙的過(guò)程，位姿點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)被限定在C-空間內(nèi)的一些二維子空間內(nèi)。

5、基于平面柵格的路徑搜索算法用來(lái)控制位姿點(diǎn)在選定二維子空間內(nèi)繞過(guò)C-空間障礙。為避免建立C-空間障礙的表面，擴(kuò)展了機(jī)器人幾何模型，應(yīng)用了靜態(tài)碰撞檢測(cè)方法。實(shí)時(shí)性較好，適合機(jī)器人在線路徑規(guī)劃要求，并有較好的適應(yīng)性，為工業(yè)機(jī)器人路徑規(guī)劃提供了新途徑。
　　針對(duì)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的多關(guān)節(jié)機(jī)器人實(shí)時(shí)避障問(wèn)題，應(yīng)用基于模糊邏輯方法，提出了一種未知環(huán)境下基于行為的機(jī)器人實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃方法。該方法由紅外線傳感器提供機(jī)器人手臂周圍障礙物的信息，規(guī)劃方法包

6、括接近目標(biāo)和繞過(guò)障礙兩個(gè)行為。機(jī)器人根據(jù)周圍環(huán)境的信息選擇合適的行為，從而有效地避免了陷入局部最小的狀況，使機(jī)器人安全達(dá)到目標(biāo)。由于應(yīng)用了模糊控制，使方法具有較好的實(shí)時(shí)性，可以應(yīng)用到存在未知障礙物的機(jī)器人實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃中。
　　通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了基于敏感皮膚的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法。方法適用于未知環(huán)境下的實(shí)時(shí)避障任務(wù)，可滿足機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的作業(yè)要求?；诿舾衅つw的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究可擴(kuò)展機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域、提高機(jī)器人智能化水平，