冗余自由度機器人的路徑規(guī)劃研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟發(fā)展和科技進步，康復(fù)醫(yī)療機器人越來越受關(guān)注，機械臂作為醫(yī)療機器人的主要機構(gòu)，對其質(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械臂是該領(lǐng)域的重要方向。本文研究了冗余自由度機械臂的運動學(xué)以及路徑規(guī)劃問題，主要研究內(nèi)容如下:
　　首先，本文分析了機械臂運動學(xué)理論，采用D-H參數(shù)法建立了七自由度機械臂的模型并推導(dǎo)出其正運動學(xué)方程。對于逆運動學(xué)，在偽逆法的基礎(chǔ)上優(yōu)化，采用阻尼最小

2、二乘法避開奇異性，以關(guān)節(jié)限位為約束，求運動學(xué)逆解，解決了偽逆法在奇異結(jié)構(gòu)附近關(guān)節(jié)角速度過大的問題，并對兩種逆解方法進行仿真對比。
　　其次，分析了無障礙空間基于插補法的路徑規(guī)劃。采用三次樣條函數(shù)，以關(guān)節(jié)初始點和目標(biāo)點角速度為約束條件，進行關(guān)節(jié)空間路徑規(guī)劃。采用插補法實現(xiàn)笛卡爾空間的直線和圓弧運動，仿真驗證了路徑規(guī)劃的有效性。
　　以傳統(tǒng)人工勢場法為基礎(chǔ)，對其進行優(yōu)化實現(xiàn)三維空間機械臂避障。首先建立了關(guān)于機械臂與橢球包圍盒的碰

3、撞檢測模型。為了解決從低維空間轉(zhuǎn)換到高維空間，且機械臂無法看作質(zhì)點的問題，將搜索空間定為關(guān)節(jié)空間，避障路徑規(guī)劃的過程即為機械臂總勢能逐漸減小的過程。采用虛擬目標(biāo)點的方法，有效解決了人工勢場法局部極小點的問題。
　　再次，結(jié)合MFC，OpenGL等技術(shù)，設(shè)計了七自由度機械臂交互控制軟件，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模塊。
　　最后，以自主研制的