月壤表層采樣機(jī)械臂及末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與位姿檢測(cè).pdf

1、月壤表采機(jī)械臂及末端執(zhí)行器是安裝在著陸器上,進(jìn)行月壤采樣的必備裝置。其中表采機(jī)械臂為四自由度機(jī)械臂,由腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)組成,主要對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行位置及姿態(tài)調(diào)整,以使末端執(zhí)行器能夠完成采樣任務(wù)。表采機(jī)械臂的整個(gè)采樣作業(yè)過(guò)程分為折疊展開(kāi)過(guò)程,展開(kāi)采樣過(guò)程,采集樣品轉(zhuǎn)送過(guò)程。在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中,機(jī)械臂及末端執(zhí)行器不能與月球表面的巖石以及著陸器本體發(fā)生碰撞,并能夠保證末端執(zhí)行器能夠精確地裝入到封轉(zhuǎn)容器中。
　　在已知機(jī)械臂基本

2、構(gòu)型的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析與受力分析,可以得到機(jī)械臂沿給定軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度與關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩。由關(guān)節(jié)角度與關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩可以構(gòu)建能量消耗函數(shù)。能量消耗函數(shù)與全局條件數(shù)、機(jī)械臂質(zhì)量函數(shù)、工作空間函數(shù)一起組成了目標(biāo)函數(shù)。通過(guò)遺傳算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)取最小值,實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂大臂桿長(zhǎng)與小臂桿長(zhǎng)的優(yōu)化。
　　根據(jù)機(jī)械臂的避障要求,在展開(kāi)采樣過(guò)程中,應(yīng)避免機(jī)械臂及末端執(zhí)行器與巖石障礙物發(fā)生碰撞,因?yàn)闊o(wú)法事先獲知巖石障礙物的位置,所以采用

3、局部路徑規(guī)劃方法中的人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行避障路徑規(guī)劃;在采集樣品轉(zhuǎn)送過(guò)程中,應(yīng)避免機(jī)械臂及末端執(zhí)行器與著陸器發(fā)生碰撞,因?yàn)闄C(jī)械臂基座相對(duì)于著陸器是固定的,并且通過(guò)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué),在關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度已知的條件下可以獲知機(jī)械臂在空間中的位姿,所以采用全局路徑規(guī)劃方法中的A*算法進(jìn)行避障路徑規(guī)劃。
　　在機(jī)械臂軌跡優(yōu)化方面,機(jī)械臂應(yīng)以盡可能短的時(shí)間與盡可能少的功耗來(lái)完成采樣過(guò)程以及樣品轉(zhuǎn)移過(guò)程。對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡上的每一個(gè)軌跡點(diǎn),通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解可以得到對(duì)應(yīng)

4、的關(guān)節(jié)角度。對(duì)于每一個(gè)關(guān)節(jié),采用B樣條曲線連接這些關(guān)節(jié)角度,在關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度、角速度、角加速度約束的情況下,運(yùn)用遺傳算法對(duì)B樣條曲線進(jìn)行優(yōu)化,從而獲得運(yùn)動(dòng)時(shí)間最優(yōu)的B樣條曲線以及運(yùn)動(dòng)時(shí)間與能量消耗綜合最優(yōu)的B樣條曲線。
　　運(yùn)用激光跟蹤儀對(duì)ABB工業(yè)機(jī)器人的末端位姿進(jìn)行檢測(cè),并對(duì)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,來(lái)提高機(jī)器人的絕對(duì)定位精度。機(jī)器人末端連接尼龍棒,來(lái)進(jìn)行插孔動(dòng)作,以模擬采集樣品送入收集容器的過(guò)程,并得到標(biāo)定前后,機(jī)器人的