基于在線(xiàn)避障的機(jī)器人示范編程技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，空間機(jī)器人在完成在軌維修維護(hù)任務(wù)方面的優(yōu)勢(shì)愈加明顯，空間機(jī)器人技術(shù)也越來(lái)越受各國(guó)的重視。但隨著機(jī)器人完成的工作越來(lái)越復(fù)雜，機(jī)器人控制方式暴露的問(wèn)題也越來(lái)越明顯：傳統(tǒng)的人工編程方式復(fù)雜繁瑣，且對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平要求較高；傳統(tǒng)的軌跡示教方式生成的軌跡單一，環(huán)境適應(yīng)性較差；傳統(tǒng)的避障方法多為離線(xiàn)避障，不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的要求。針對(duì)以上問(wèn)題，本文對(duì)機(jī)器人的示范編程方法和在線(xiàn)避障方法進(jìn)行了研究。本文研究?jī)?nèi)容主要分為以下幾個(gè)方面

2、：
　　本文首先建立了基于虛擬現(xiàn)實(shí)的在軌維修維護(hù)系統(tǒng)遙操作平臺(tái)。建立了在軌維修維護(hù)系統(tǒng)中機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并對(duì)機(jī)器人的奇異構(gòu)形進(jìn)行了分析。遙操作平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的預(yù)測(cè)仿真，為操作者提供了逼真的視覺(jué)臨場(chǎng)感，也為預(yù)編程軌跡的設(shè)計(jì)與仿真提供了可視化的平臺(tái)；同時(shí)，還集成了數(shù)據(jù)手套和空間鼠標(biāo)等遙操作設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的實(shí)時(shí)遙操作控制。其次，提出了一種基于最小二乘支持向量機(jī)的示范編程方法，提高了機(jī)器人使用的便捷性，減小了操作者編程壓力

3、，降低了對(duì)操作者技能水平的要求。該方法能夠根據(jù)機(jī)器人的初始狀態(tài)自動(dòng)生成任務(wù)軌跡，在一定范圍內(nèi)克服了環(huán)境的擾動(dòng)。該方法首先利用動(dòng)態(tài)系統(tǒng)描述機(jī)器人末端軌跡，然后引入最小二乘支持向量機(jī)利用運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)例對(duì)該動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，獲得運(yùn)動(dòng)模型，最后機(jī)器人根據(jù)其初始狀態(tài)利用運(yùn)動(dòng)模型自動(dòng)生成軌跡。與傳統(tǒng)的示范編程方法相比，該方法主要針對(duì)機(jī)器人的工作環(huán)境中存在障礙物的情況，具有較強(qiáng)的泛化能力，能夠通過(guò)對(duì)支持向量機(jī)參數(shù)的改變來(lái)調(diào)節(jié)生成的軌跡。為了驗(yàn)證方法的有效

4、性，利用Matlab對(duì)其進(jìn)行了仿真，并分析了最小二乘支持向量機(jī)的相關(guān)參數(shù)對(duì)生成軌跡的影響。再次，提出了一種基于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的在線(xiàn)避障方法，保證了機(jī)器人在不確定環(huán)境中的安全性。該方法首先根據(jù)障礙物的大小、位置以及形狀等信息建立一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)調(diào)制矩陣，對(duì)利用動(dòng)態(tài)系統(tǒng)描述的機(jī)器人軌跡進(jìn)行調(diào)制，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到障礙物邊緣時(shí)沿障礙物上該點(diǎn)法線(xiàn)方向上的速度為零，從而達(dá)到避障的目的。這種方法優(yōu)勢(shì)在于保持了軌跡基本原有特征，僅對(duì)障礙物附近的軌跡進(jìn)行調(diào)制。為了