空間多自由度串聯(lián)機械臂的避障運動規(guī)劃方法研究.pdf

1、在工業(yè)4.0及中國制造2025的雙重背景下，機器人技術(shù)已逐漸成為智能制造業(yè)的主要標(biāo)志之一。目前，以各型機械臂為代表的機器人已經(jīng)涉足于工業(yè)制造、航空航天、娛樂服務(wù)業(yè)、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域中，空間多自由度串聯(lián)機械臂是應(yīng)用最廣泛的一種機器人，針對其運動學(xué)、動力學(xué)的相關(guān)理論研究也一直是機器人領(lǐng)域的一個重要研究熱點。其中，對機械臂的運動路徑規(guī)劃方面的研究是機器人運動控制的關(guān)鍵技術(shù)，其規(guī)劃效果直接影響機械臂運動學(xué)、動力學(xué)的性能表現(xiàn)。而在實際

2、應(yīng)用中，機械臂的工作環(huán)境多為復(fù)雜障礙物地形，在運動過程中需要進(jìn)行有效的避障規(guī)劃。因此，本文主要以空間多自由度串聯(lián)機械臂為研究對象，分別在笛卡爾空間和關(guān)節(jié)狀態(tài)空間中對其進(jìn)行避障運動規(guī)劃方法的研究，最終實現(xiàn)無碰撞路徑規(guī)劃，對機器人運動控制具有一定的理論意義和實際應(yīng)用價值。本文主要從以下四個方面展開研究:
　　首先，基于D-H理論對常見的六自由度空間串聯(lián)機械臂為例進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并基于機械臂正、逆運動學(xué)原理進(jìn)行方程推導(dǎo)。
　　其次，

3、就機械臂路徑規(guī)劃過程中機械臂與環(huán)境障礙物碰撞問題，本文提出了三種常見的空間幾何體包絡(luò)模型，即圓柱體包絡(luò)模型、長方體包絡(luò)模型及球體包絡(luò)模型，并通過簡化機械臂模型，把機械臂各關(guān)節(jié)干涉及與障礙物實體碰撞檢測問題轉(zhuǎn)化為空間點-線-面之間的位置關(guān)系判斷問題，然后通過空間解析幾何知識進(jìn)行分析求解。
　　之后，本文提出了兩種機械臂避障路徑方法:一種是笛卡爾空間中基于A*算法與機械臂逆解結(jié)合的避障路徑規(guī)劃方法，該方法只適用于滿足Pieper準(zhǔn)則的