多關(guān)節(jié)機器人的運動軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、機器人運動軌跡規(guī)劃是機器人學研究領(lǐng)域中最重要的課題之一，機器人軌跡規(guī)劃問題在機器人的控制中占有重要的地位。一般將機器人的運動軌跡規(guī)劃分為兩種，即關(guān)節(jié)空間內(nèi)的軌跡規(guī)劃和笛卡爾空間內(nèi)的軌跡規(guī)劃，同時從機器人的數(shù)理基礎(chǔ)和機構(gòu)特點出發(fā)，又可分為運動學軌跡規(guī)劃和動力學軌跡規(guī)劃。運動學軌跡規(guī)劃是指基于機器人的運動學方程而進行的規(guī)劃，動力學軌跡規(guī)劃是指基于機器人的動力學理論而進行的規(guī)劃。本課題主要研究平面連桿機器人(或稱機器人)在關(guān)節(jié)空間內(nèi)的運動學軌

2、跡規(guī)劃問題。
　　 首先，本文對機器人的定義和發(fā)展前景作了介紹，對機器人技術(shù)發(fā)展的概況、應用等作了簡要的論述，同時回顧了機器人軌跡規(guī)劃的研究現(xiàn)狀，并說明了課題的主要研究工作和論文的大致安排。
　　 其次，課題論述了機器人的運動學和動力學基本理論和基本知識。在討論機器人的運動學理論時，詳細闡述了坐標變換和機器人的運動學求解問題，鑒于機器人運動學的逆解問題直接涉及機器人軌跡規(guī)劃問題的研究，所以它在機器人的運動學軌跡規(guī)劃中占有

3、重要的地位。在機器人的動力學理論部分，簡要介紹了三種常用的動力學建模方式。
　　 再次，論文闡述了機器人運動學軌跡規(guī)劃的一般性問題。先是簡要說明了兩個坐標空間內(nèi)軌跡規(guī)劃的區(qū)別，然后重點討論了關(guān)節(jié)空間內(nèi)的運動學軌跡規(guī)劃，并給出了關(guān)節(jié)空間內(nèi)五種常用的軌跡插值算法。
　　 最后，課題采用兩種算法研究了機器人的運動軌跡規(guī)劃問題，這是研究的重點內(nèi)容。第一種算法是采用自適應神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)進行的運動學規(guī)劃，另外一種是采

4、用勢場法實現(xiàn)機器人的避障運動學規(guī)劃。在采用自適應神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)進行規(guī)劃的研究中，考慮到ANFIS系統(tǒng)是基于數(shù)據(jù)建模的，所以選取一定數(shù)量的可靠模型數(shù)據(jù)是關(guān)鍵所在。課題是根據(jù)機器人的逆運動學模型采集數(shù)據(jù)，然后利用自適應神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)的自學習、自訓練功能求解機器人的逆解，從而完成機器人的軌跡規(guī)劃，仿真實驗結(jié)果證實了該算法的有效性和可行性。在研究機器人的避障軌跡規(guī)劃時，本課題采用了勢場法，這里分兩種情況：一種是僅考慮機器人手端(終端)實現(xiàn)避

5、障而不考慮機器人各個關(guān)節(jié)是否避開障礙物；另一種情況是考慮機器人各個關(guān)節(jié)實現(xiàn)避障條件下的軌跡規(guī)劃。在這兩種情況下，勢函數(shù)的構(gòu)造是關(guān)鍵。第一種情況下的勢函數(shù)是由目標位置產(chǎn)生的吸引力和障礙物所形成的斥力而合成，第二種情況下的勢函數(shù)是根據(jù)機器人的速度分解原則進行構(gòu)造，主要是針對冗余度機器人進行研究的。實現(xiàn)避障規(guī)劃的目的主要是研究機器人的手端避開障礙物時的運行軌跡問題，進而規(guī)劃出各個關(guān)節(jié)的角度變化曲線，所有仿真實驗結(jié)果證實了勢場法在實現(xiàn)機器人實現(xiàn)