復雜環(huán)境下機械手自主避碰路徑規(guī)劃.pdf

1、機械手如今廣泛的應用于工業(yè)制造，地理導航，物料搬運，危險探測，資源采集等多個領(lǐng)域，給人們的工作和生活帶來了極大的便利。然而機械手及其工作環(huán)境的復雜多變嚴重影響了機械手的安全并制約了機械手的應用與發(fā)展。因此，對復雜環(huán)境下機械手的避碰路徑規(guī)劃問題進行研究具有重要意義。避碰路徑規(guī)劃問題主要內(nèi)容涉及環(huán)境建模、碰撞檢測、規(guī)劃方法等，現(xiàn)階段的探索和研究取得了一些成果，但仍存在許多問題有待深入研究。本文以實驗室已有的六自由度機械手為研究對象，對復雜環(huán)

2、境下機械手避碰路徑規(guī)劃問題進行研究，具體研究內(nèi)容如下：
　　首先，對復雜環(huán)境下機械手及環(huán)境物體進行建模。針對機械手工作環(huán)境的復雜性，提出了一種基于樹型凸多面體集的物體描述方法，該方法將多個凸多面體組合近似為單個剛體，然后利用多個剛體組合成單個子物體，再利用多個子物體遞歸組合成為樹型結(jié)構(gòu)物體，并且支持各級之間的自由度連接，基于該方法實現(xiàn)了樹型結(jié)構(gòu)物體中凸多面體的坐標變換，建立了樹型結(jié)構(gòu)物體的層次包圍盒。
　　其次，研究機械手與

3、環(huán)境及自身的碰撞檢測算法?；诒疚臉湫徒Y(jié)構(gòu)物體的層次包圍盒，提出一種新的基于棱線投影分離的凸多面體碰撞檢測算法，實驗證明了其有效性；針對機械手離散時間碰撞檢測容易導致檢測遺漏等不精確問題，提出對機械手的連續(xù)路徑進行采樣，并在相鄰采樣點之間構(gòu)造近似軌跡包圍盒，最終通過上述方法最終實現(xiàn)了連續(xù)運動狀態(tài)下機械手與環(huán)境及自身的碰撞檢測。
　　然后，研究復雜環(huán)境下機械手避碰路徑規(guī)劃方法。推導了機械手的運動學模型，分析了避碰路徑規(guī)劃問題中各項優(yōu)

4、化指標，通過對各項指標進行加權(quán)建立了利于單目標優(yōu)化求解的適應度函數(shù)；然后進行了路徑編碼和路徑解碼設計，其中采用關(guān)節(jié)空間內(nèi)若干關(guān)鍵點對避碰路徑進行編碼，而路徑的解碼是對關(guān)鍵點進行線性插值；最后給出了關(guān)節(jié)空間內(nèi)基于遺傳算法的機械手避碰路徑規(guī)劃方法。
　　最后，設計機械手避障作業(yè)系統(tǒng)并進行實驗驗證。建立了機械手避障作業(yè)綜合控制系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)進行了各種復雜環(huán)境下機械手避碰路徑規(guī)劃仿真和實物實驗，證明了本文相關(guān)算法及避障作業(yè)系統(tǒng)的有效性和