放射性容器退役拆解中機械臂軌跡規(guī)劃與跟蹤研究.pdf

1、核退役拆解任務中機械臂的應用受到越來越多的關注。在工作強度大、環(huán)境復雜、輻射危害大、拆解工藝復雜等特點下，機械臂任務空間的軌跡規(guī)劃問題對放射性容器退役拆解任務中機械臂高效、穩(wěn)定、精確平滑地運行有重要意義。本課題以放射性容器熱切割退役拆解任務為研究背景，以MOTOMAN-MH6S型六自由度串聯(lián)機械臂為研究對象，在機械臂任務空間采樣獲得描述切割任務關鍵位姿點，通過研究適用于MH6S類型機械臂的姿態(tài)規(guī)劃算法和位置規(guī)劃算法，規(guī)劃出滿足切割任務工

2、藝要求的機械臂運行軌跡，并且確保獲取機械臂運動平滑、平穩(wěn)，位姿準確的軌跡時間函數xe(t)；通過旋量理論建立任務空間和關節(jié)空間的映射關系，將任務空間中的軌跡時間函數xe(t)以能量最優(yōu)條件映射至關節(jié)空間，進一步研究給定參考軌跡輸入的機械臂軌跡跟蹤控制方法。整個方案對提高機械臂運行的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的可靠性、工作效率有重要意義。本文重點研究MH6S型六自由度機械臂任務空間中軌跡的位置規(guī)劃、姿態(tài)規(guī)劃方法、以及從任務空間到關節(jié)空間映射關系，再者，

3、以關節(jié)空間中的軌跡時間函數θe(t)為機械臂給定參考輸入，進行軌跡跟蹤控制算法驗證，最后在MH6S機械臂平臺上構建典型實驗進行驗證。
　　本論文中，在任務空間中通過三次非均勻 B樣條插值算法對具有連續(xù)路徑點約束條件的軌跡進行位置規(guī)劃；利用單位四元數三次多項式樣條插值算法實現(xiàn)對多姿態(tài)約束條件軌跡的位姿規(guī)劃，從而實現(xiàn)機械臂在任務空間中連續(xù)路徑點約束條件的位姿規(guī)劃；利用旋量的方法求解任務空間中機械臂的姿態(tài)和關節(jié)空間中機械臂位姿的映射關系

4、；利用五次樣條插值算法對關節(jié)空間中的連續(xù)位姿進行規(guī)劃。軌跡規(guī)劃是機械臂軌跡跟蹤的基礎，將規(guī)劃好的軌跡時間律作為控制系統(tǒng)的參考輸入，在采用拉格朗日公式建立的動力學模型上，利用重力補償的PD控制算法實現(xiàn)機械臂系統(tǒng)對參考軌跡跟蹤驗證。
　　本文在 MATLAB/Visual Studio軟件上對任務空間中連續(xù)路徑點約束條件的機械臂給定任務描述進行軌跡規(guī)劃，并結合旋量方法將任務空間中規(guī)劃的軌跡時間函數映射到關節(jié)空間，在關節(jié)空間中利用五次樣