仿人服務(wù)機器人手臂運動軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進步，仿人服務(wù)機器人更多的參與到人類生活中，人們對機器人的要求也越來越高，從能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)的PTP運動(點對點運動)和簡單CP運動(直線運動和圓弧運動)，到需要能夠沿特定的軌跡實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、平穩(wěn)地規(guī)劃運動。其中，機器人手臂是一個多自由度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強耦合的非線性系統(tǒng)。因此，實現(xiàn)沿特定軌跡快速平穩(wěn)運行是仿人服務(wù)機器人研究領(lǐng)域的熱點與難點之一。
　　本文在收集、整理國內(nèi)外大量相關(guān)文獻資料的基礎(chǔ)上，對仿人服務(wù)機器人的軌

2、跡規(guī)劃方法和軌跡生成進行研究，通過實驗進行驗證。其論文的主要內(nèi)容如下：
　?。?）本文對仿人服務(wù)機器人的研究發(fā)展現(xiàn)狀進行簡要介紹，通過簡化機械臂幾何模型，采用D-H參數(shù)表法描述機械手臂各關(guān)節(jié)的幾何關(guān)系，建立正運動學(xué)模型；通過解析法，進行逆運動學(xué)問題的求解，為機器人手臂運動軌跡規(guī)劃提供理論基礎(chǔ)。
　　（2）分析機器人手臂快速動態(tài)作業(yè)軌跡規(guī)劃的流程，介紹當(dāng)前軌跡規(guī)劃的常用兩種規(guī)劃方法：關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃和笛卡爾空間的軌跡規(guī)劃。關(guān)

3、節(jié)空間軌跡規(guī)劃主要包括三次多項式差值、五次多項式差值和拋物線過渡的線性段差值；笛卡爾空間軌跡規(guī)劃主要包括直線插補和圓弧插補。
　?。?）由于笛卡爾空間軌跡法計算量比較大，不能保證所有軌跡點均在工作范圍內(nèi)。線性段函數(shù)差值關(guān)節(jié)角速度、角加速度在起始點、終止點不連續(xù)等缺點，我們研究采用三次樣條差值算法在關(guān)節(jié)空間進行軌跡規(guī)劃得到經(jīng)過該型值點的軌跡曲線。通過仿真實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)角位移，角速度曲線大體上連續(xù)、平滑，但是關(guān)節(jié)角加速度在某些點上

4、會出現(xiàn)尖角，影響機器人運動的穩(wěn)定性。根據(jù)B樣條形成軌跡曲線對時間的一階、二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，關(guān)節(jié)位移變化率小及局部支撐性的特點，即使B樣條軌跡曲線中間某個點的值發(fā)生一點誤差對整段軌跡規(guī)劃影響不大。因此，采用了四階三次B樣條對機械手臂關(guān)節(jié)運動進行軌跡規(guī)劃，得到了滿足約束條件的連續(xù)、平滑的軌跡曲線。
　?。?）根據(jù)機器人手臂關(guān)節(jié)在實際運動過程中，為了能夠快速響應(yīng)到達路徑點，以關(guān)節(jié)運動時間最短為目標(biāo)，采用基于粒子群算法優(yōu)化三次B樣條軌跡曲線。

5、通過實驗仿真分析可以看出，經(jīng)過相同的路徑點，生成預(yù)規(guī)劃的軌跡所需時間，優(yōu)化后的每個關(guān)節(jié)所需時間分別比優(yōu)化前所需時間減少了9.630s、8.500s、8.955s。得到了滿足機器人運動學(xué)、動力學(xué)約束的三次B樣條時間最優(yōu)軌跡曲線。
　?。?）介紹了仿人服務(wù)機器人實驗平臺搭建，組成仿人服務(wù)機器人運動控制系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計。描述了仿人服務(wù)機器人平臺控制系統(tǒng)的各個組成部分，通過編寫基于Android系統(tǒng)指令發(fā)送應(yīng)用軟件，加入訊飛開放平臺S