冗余機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)及軌跡規(guī)劃的研究.pdf

1、機(jī)器人的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃，始終是控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)并執(zhí)行各種任務(wù)的理論基礎(chǔ)。本文圍繞冗余機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化求解以及軌跡規(guī)劃等問(wèn)題，完成了如下兩大部分工作:
　　第一部分是冗余機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解的求取及優(yōu)化問(wèn)題（包括第二、三章）。為了提高計(jì)算速度以便在線應(yīng)用，本文側(cè)重于以解析的形式獲取逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的解。根據(jù)產(chǎn)生冗余問(wèn)題的原因，將其分為兩類:由于機(jī)器人末端位姿約束不完整所帶來(lái)的冗余解優(yōu)化問(wèn)題，以及由于機(jī)器人本身的自由度數(shù)目多于一般的任務(wù)

2、空間維度（通常為六自由度）所帶來(lái)的冗余解優(yōu)化問(wèn)題。
　　第二章針對(duì)機(jī)器人末端位姿約束不完整所帶來(lái)的冗余解優(yōu)化問(wèn)題，以一個(gè)六自由度的乒乓球機(jī)器人手臂為例，通過(guò)對(duì)機(jī)器人手臂在空間中的幾何構(gòu)型以及各連桿之間的位置關(guān)系進(jìn)行分析，以機(jī)器人手臂的動(dòng)能最小為優(yōu)化目標(biāo)，采用幾何解析方法對(duì)機(jī)器人手臂的末端執(zhí)行器姿態(tài)進(jìn)行優(yōu)化求取，從而得到優(yōu)化后完整的末端執(zhí)行器的位姿矩陣，這是解決逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題的重要前提條件，然后可求得該機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)。
　　第

3、三章針對(duì)機(jī)器人本身的自由度數(shù)目多于一般的任務(wù)空間維度所帶來(lái)的冗余解優(yōu)化問(wèn)題，以一個(gè)七自由度的空間宇航臂為例，根據(jù)它的三個(gè)相鄰關(guān)節(jié)軸互相平行的特殊結(jié)構(gòu)，提出了一種基于旋量理論的解析形式的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解法，最終可用一個(gè)關(guān)節(jié)參數(shù)表示出所有的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解。然后給出了一種針對(duì)多解問(wèn)題的通用的優(yōu)化方法，從而在該冗余機(jī)器人的所有逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解中選取出給定目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)解。
　　第二部分是冗余機(jī)器人的軌跡規(guī)劃問(wèn)題（包括第四、五章）。根據(jù)給定的任務(wù)需求特

4、點(diǎn)，將其分為兩類:關(guān)節(jié)空間下的軌跡規(guī)劃，以及笛卡爾空間下的軌跡規(guī)劃。
　　第四章針對(duì)關(guān)節(jié)空間下的軌跡規(guī)劃問(wèn)題，在滿足各種關(guān)節(jié)角速度、角加速度、jerk等運(yùn)動(dòng)學(xué)限制的條件下，求解任意初末狀態(tài)下的關(guān)節(jié)空間最小加速度的軌跡規(guī)劃。提出了完備的最小加速度軌跡規(guī)劃的求解方法，并給出了這種軌跡規(guī)劃問(wèn)題的解存在的充分必要條件，同時(shí)在理論上證明了文中算法確實(shí)是最小加速度的軌跡規(guī)劃，此外還對(duì)規(guī)劃過(guò)程中的關(guān)節(jié)限位問(wèn)題進(jìn)行了處理。
　　第五章針對(duì)笛