仿人機(jī)器人手臂的似人運動軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、仿人機(jī)器人代表了當(dāng)今機(jī)器人研究領(lǐng)域的最高水平，外形和動作都與人類高度相似的仿人機(jī)器人更容易被人類接受。目前仿人機(jī)器人外形上已經(jīng)與人類非常相似，并且仿人機(jī)器人“雙腿”運動的仿人水平已經(jīng)與人類雙腿十分接近，但其“雙臂”與人類雙臂相比還相距甚遠(yuǎn)，因此近年來的研究熱點已經(jīng)由下半身的雙腿“仿人行走”轉(zhuǎn)移到了更具有應(yīng)用價值的上半身的雙臂“仿人操作”。
　　國外許多研究機(jī)構(gòu)和機(jī)器人生產(chǎn)商都對仿人機(jī)器人投入大量的研究精力并取得了一定的研究成果，然

2、而國內(nèi)在這方面的研究還很有限，多數(shù)研究傾向于以完成操作任務(wù)為目標(biāo)，沒有考慮機(jī)器人操作動作本身的似人特性。在這樣的背景下，本文對仿人機(jī)器人手臂的似人運動規(guī)劃進(jìn)行了初步的探索。
　　由于機(jī)器人操作動作的似人程度是含有一定主觀成分的，所以本文的研究重點之一就是如何尋找一個能夠被廣泛認(rèn)可的、相對客觀的并且可以量化進(jìn)行計算比較的似人程度評價標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用人體工程學(xué)是一門研究人體運動規(guī)律的科學(xué)，它對人體手臂運動規(guī)律的研究對仿人機(jī)器人的手臂控制具有

3、重要指導(dǎo)意義。本文采用應(yīng)用人體工程學(xué)中的快速上肢評估(RULA)準(zhǔn)則來評價機(jī)器人構(gòu)型的似人程度，RULA準(zhǔn)則將似人程度這樣一個主觀的概念以一種客觀的量化的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，是一種簡單易行并且受到廣泛認(rèn)同的評價方法。本文以RULA準(zhǔn)則為主，并結(jié)合其他相關(guān)的手臂運動規(guī)律和機(jī)器人運動性能指標(biāo)，對仿人機(jī)器人手臂進(jìn)行似人運動軌跡規(guī)劃，規(guī)劃過程分為靜態(tài)構(gòu)型規(guī)劃和動態(tài)運動規(guī)劃兩個部分。
　　靜態(tài)構(gòu)型規(guī)劃依據(jù)具體的操作任務(wù)規(guī)劃機(jī)器人操作的“關(guān)鍵點”操

4、作構(gòu)型，主要包括運動軌跡的起點、終點和轉(zhuǎn)折點。規(guī)劃方法以機(jī)器人面對指定操作任務(wù)沿指定方向的操作測度最大為優(yōu)化目標(biāo)、以機(jī)器人操作構(gòu)型的似人程度為約束條件，在多目標(biāo)約束規(guī)劃問題模型下求解“關(guān)鍵點”操作構(gòu)型。
　　動態(tài)運動規(guī)劃依據(jù)靜態(tài)構(gòu)型規(guī)劃出的機(jī)器人在“關(guān)鍵點”處的操作構(gòu)型和人類運動軌跡的速度、加速度特性規(guī)劃機(jī)器人運動軌跡:以關(guān)鍵操作點的機(jī)器人構(gòu)型為基礎(chǔ)，在模仿人類手臂動作速度、加速度特點的情況下規(guī)劃機(jī)器人手臂的運動軌跡，包括速度運動