冗余自由度機(jī)器人的路徑規(guī)劃研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步，康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人越來(lái)越受關(guān)注，機(jī)械臂作為醫(yī)療機(jī)器人的主要機(jī)構(gòu)，對(duì)其質(zhì)量、負(fù)載能力、靈活性、避障能力、完成復(fù)雜任務(wù)能力等都提出了更高的要求。因此，研究輕型冗余自由度機(jī)械臂是該領(lǐng)域的重要方向。本文研究了冗余自由度機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)以及路徑規(guī)劃問(wèn)題，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　首先，本文分析了機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，采用D-H參數(shù)法建立了七自由度機(jī)械臂的模型并推導(dǎo)出其正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。對(duì)于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)，在偽逆法的基礎(chǔ)上優(yōu)化，采用阻尼最小

2、二乘法避開(kāi)奇異性，以關(guān)節(jié)限位為約束，求運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，解決了偽逆法在奇異結(jié)構(gòu)附近關(guān)節(jié)角速度過(guò)大的問(wèn)題，并對(duì)兩種逆解方法進(jìn)行仿真對(duì)比。
　　其次，分析了無(wú)障礙空間基于插補(bǔ)法的路徑規(guī)劃。采用三次樣條函數(shù)，以關(guān)節(jié)初始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)角速度為約束條件，進(jìn)行關(guān)節(jié)空間路徑規(guī)劃。采用插補(bǔ)法實(shí)現(xiàn)笛卡爾空間的直線和圓弧運(yùn)動(dòng)，仿真驗(yàn)證了路徑規(guī)劃的有效性。
　　以傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)法為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化實(shí)現(xiàn)三維空間機(jī)械臂避障。首先建立了關(guān)于機(jī)械臂與橢球包圍盒的碰

3、撞檢測(cè)模型。為了解決從低維空間轉(zhuǎn)換到高維空間，且機(jī)械臂無(wú)法看作質(zhì)點(diǎn)的問(wèn)題，將搜索空間定為關(guān)節(jié)空間，避障路徑規(guī)劃的過(guò)程即為機(jī)械臂總勢(shì)能逐漸減小的過(guò)程。采用虛擬目標(biāo)點(diǎn)的方法，有效解決了人工勢(shì)場(chǎng)法局部極小點(diǎn)的問(wèn)題。
　　再次，結(jié)合MFC，OpenGL等技術(shù)，設(shè)計(jì)了七自由度機(jī)械臂交互控制軟件，交互軟件由調(diào)試系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。按照程序功能建立了四個(gè)模塊，仿真預(yù)演模塊，算法決策模塊，信息傳輸模塊和信息存儲(chǔ)模塊。
　　最后，以自主研制的