六自由度機(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解與軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、機(jī)械臂作為迄今為止人工智能程度最高的科技產(chǎn)品代表，其應(yīng)用已經(jīng)涉及制造業(yè)、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等，機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與軌跡規(guī)劃一直是科研工作者們的研究熱點(diǎn)之一。本文以廣州數(shù)控公司生產(chǎn)的六自由度工業(yè)機(jī)械臂作為研究對象，依據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立了該對象的D-H模型，進(jìn)行了正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析，采用粒子群優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法求·解了機(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解，在完成逆解求解的基礎(chǔ)上，提出對稱組合函數(shù)方法在關(guān)節(jié)空間下進(jìn)行機(jī)械臂的軌跡規(guī)劃。最終，通過在ROS、MATLAB平臺(tái)下

2、搭建仿真模型，驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　首先，為了對機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析提供依據(jù)，介紹了機(jī)器人在空間坐標(biāo)下的齊次變換等基本原理，分別闡述了ROS、Robotics Toolbox仿真平臺(tái)的特點(diǎn)，以及使用D-H標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行建模的步驟和注意事項(xiàng)。
　　其次，依據(jù)D-H標(biāo)準(zhǔn)方法和實(shí)際機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立了六自由度機(jī)械臂的D-H坐標(biāo)模型，確定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與優(yōu)化流程，得到機(jī)械臂執(zhí)行末端與關(guān)節(jié)變量之間的約束關(guān)系，使用粒子群優(yōu)化神經(jīng)

3、網(wǎng)絡(luò)算法求解了機(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解。對比了不同算法進(jìn)行逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解的優(yōu)、缺點(diǎn)，分析了所提方法的優(yōu)良性。并通過在ROS的rviz平臺(tái)下搭建物理模型，設(shè)計(jì)通信GUI（Graphical User Interface，簡稱GUI），對所提算法進(jìn)行了多平臺(tái)物理仿真實(shí)驗(yàn)。
　　最后，介紹了機(jī)械臂的軌跡規(guī)劃原理，描述了各類軌跡規(guī)劃方法在機(jī)械臂軌跡規(guī)劃中的應(yīng)用情況，分析了在機(jī)械臂軌跡規(guī)劃過程中出現(xiàn)的問題，討論了在關(guān)節(jié)空間、直角坐標(biāo)空間下進(jìn)行軌跡規(guī)

4、劃的方法與流程，對比了在不同坐標(biāo)系下進(jìn)行軌跡規(guī)劃的優(yōu)、缺點(diǎn)，為機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)仿真分析奠定了理論基礎(chǔ)。著重介紹了在關(guān)節(jié)空間下使用對稱組合函數(shù)進(jìn)行軌跡規(guī)劃的方法，通過逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求得機(jī)械臂末端對應(yīng)關(guān)節(jié)空間下的各關(guān)節(jié)角度（插值點(diǎn)），引入時(shí)間變量，使用對稱組合函數(shù)對該關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的加速度函數(shù)進(jìn)行插值，得到機(jī)械臂的各個(gè)關(guān)節(jié)位移、速度和加速度運(yùn)動(dòng)軌跡曲線。運(yùn)用RoboticsToolbox工具箱驗(yàn)證了所提軌跡規(guī)劃方法的有效性，并對比了不同軌跡規(guī)劃方法，直觀地