復(fù)雜環(huán)境下機(jī)械手自主避碰路徑規(guī)劃.pdf

1、機(jī)械手如今廣泛的應(yīng)用于工業(yè)制造，地理導(dǎo)航，物料搬運(yùn)，危險(xiǎn)探測(cè)，資源采集等多個(gè)領(lǐng)域，給人們的工作和生活帶來了極大的便利。然而機(jī)械手及其工作環(huán)境的復(fù)雜多變嚴(yán)重影響了機(jī)械手的安全并制約了機(jī)械手的應(yīng)用與發(fā)展。因此，對(duì)復(fù)雜環(huán)境下機(jī)械手的避碰路徑規(guī)劃問題進(jìn)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(cè)、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(shí)驗(yàn)室已有的六自由度機(jī)械手為研究對(duì)象，對(duì)復(fù)雜環(huán)

2、境下機(jī)械手避碰路徑規(guī)劃問題進(jìn)行研究，具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，對(duì)復(fù)雜環(huán)境下機(jī)械手及環(huán)境物體進(jìn)行建模。針對(duì)機(jī)械手工作環(huán)境的復(fù)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(gè)凸多面體組合近似為單個(gè)剛體，然后利用多個(gè)剛體組合成單個(gè)子物體，再利用多個(gè)子物體遞歸組合成為樹型結(jié)構(gòu)物體，并且支持各級(jí)之間的自由度連接，基于該方法實(shí)現(xiàn)了樹型結(jié)構(gòu)物體中凸多面體的坐標(biāo)變換，建立了樹型結(jié)構(gòu)物體的層次包圍盒。
　　其次，研究機(jī)械手與

3、環(huán)境及自身的碰撞檢測(cè)算法。基于本文樹型結(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(cè)算法，實(shí)驗(yàn)證明了其有效性；針對(duì)機(jī)械手離散時(shí)間碰撞檢測(cè)容易導(dǎo)致檢測(cè)遺漏等不精確問題，提出對(duì)機(jī)械手的連續(xù)路徑進(jìn)行采樣，并在相鄰采樣點(diǎn)之間構(gòu)造近似軌跡包圍盒，最終通過上述方法最終實(shí)現(xiàn)了連續(xù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下機(jī)械手與環(huán)境及自身的碰撞檢測(cè)。
　　然后，研究復(fù)雜環(huán)境下機(jī)械手避碰路徑規(guī)劃方法。推導(dǎo)了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，分析了避碰路徑規(guī)劃問題中各項(xiàng)優(yōu)

4、化指標(biāo)，通過對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)建立了利于單目標(biāo)優(yōu)化求解的適應(yīng)度函數(shù)；然后進(jìn)行了路徑編碼和路徑解碼設(shè)計(jì)，其中采用關(guān)節(jié)空間內(nèi)若干關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)避碰路徑進(jìn)行編碼，而路徑的解碼是對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)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(jī)械手避碰路徑規(guī)劃方法。
　　最后，設(shè)計(jì)機(jī)械手避障作業(yè)系統(tǒng)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。建立了機(jī)械手避障作業(yè)綜合控制系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)進(jìn)行了各種復(fù)雜環(huán)境下機(jī)械手避碰路徑規(guī)劃仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)，證明了本文相關(guān)算法及避障作業(yè)系統(tǒng)的有效性和