空間多自由度串聯(lián)機(jī)械臂的避障運(yùn)動(dòng)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(jī)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(jī)械臂為代表的機(jī)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(jī)械臂是應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)器人，針對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的相關(guān)理論研究也一直是機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要研究熱點(diǎn)。其中，對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃方面的研究是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的關(guān)鍵技術(shù)，其規(guī)劃效果直接影響機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的性能表現(xiàn)。而在實(shí)際

2、應(yīng)用中，機(jī)械臂的工作環(huán)境多為復(fù)雜障礙物地形，在運(yùn)動(dòng)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(jī)械臂為研究對(duì)象，分別在笛卡爾空間和關(guān)節(jié)狀態(tài)空間中對(duì)其進(jìn)行避障運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法的研究，最終實(shí)現(xiàn)無碰撞路徑規(guī)劃，對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制具有一定的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文主要從以下四個(gè)方面展開研究:
　　首先，基于D-H理論對(duì)常見的六自由度空間串聯(lián)機(jī)械臂為例進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并基于機(jī)械臂正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)原理進(jìn)行方程推導(dǎo)。
　　其次，

3、就機(jī)械臂路徑規(guī)劃過程中機(jī)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(zhǎng)方體包絡(luò)模型及球體包絡(luò)模型，并通過簡(jiǎn)化機(jī)械臂模型，把機(jī)械臂各關(guān)節(jié)干涉及與障礙物實(shí)體碰撞檢測(cè)問題轉(zhuǎn)化為空間點(diǎn)-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(shí)進(jìn)行分析求解。
　　之后，本文提出了兩種機(jī)械臂避障路徑方法:一種是笛卡爾空間中基于A*算法與機(jī)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