遙操作機械手人機協(xié)同避碰規(guī)劃.pdf

1、機器人正在從工廠的結構化環(huán)境進入人們每天的生活環(huán)境，小到娛樂型的無人機、電動平衡車、智能家電掃地機器人等，大到家庭服務機器人和醫(yī)療機器人等，機器人與我們的聯(lián)系將更加緊密。世界的最大經(jīng)濟體中國正面臨人口老齡化、人力成本上升、全球工人薪資上升等一系列問題，為解決這些問題中國已經(jīng)開始著手嘗試在工廠中使用先進的制造型機器人，帶動制造業(yè)行業(yè)。機器人將繼續(xù)在制造業(yè)領域發(fā)揮其至關重要的貢獻。
　　機器人在人類生產(chǎn)和人類生活中的作用如此巨大，但是

2、機器人智能技術的不完善極大限制了機器人對人類社會的貢獻。因此，將機器人學相關問題按照當前的需求分類為:避碰規(guī)劃、碰撞檢測、遙操作、人機協(xié)同和機器人協(xié)作等研究方向，在不同研究方向上不斷改進機器人智能技術，挖掘機器智能技術的發(fā)展空間。
　　本文研究了人機協(xié)同下機械手避碰的多種控制模式，設計的機械手操控界面有利于機械手各種控制模式的快速切換，便于實現(xiàn)機械手的避碰規(guī)劃。利用GJK碰撞檢測算法，實時獲取機械手與已知環(huán)境的最短距離和一組最近點

3、作為避碰規(guī)劃的基礎，并依據(jù)這些信息改進人工勢場法，實現(xiàn)機械手避開運動路徑中的障礙物。具體研究內(nèi)容如下:
　　首先，避碰規(guī)劃的環(huán)境建模。針對實物機械手所處的環(huán)境，創(chuàng)建環(huán)境中各物體的模型。提出針對多剛體的一種統(tǒng)一表示方法:通用樹型表示法。一個物體包含若干子物體，子物體又包含若干單剛體或凸多面體，并且當主物體確定時各個層次之間的關系就是明確的。
　　其次，避碰規(guī)劃與碰撞檢測。在本文中機械手的避碰規(guī)劃，主要是指在操控模式下從當前位姿

4、運動到目標位姿，同時避開路徑中的障礙物，無碰撞地完成任務。闡述避碰規(guī)劃的原理及相關碰撞檢測算法，并比較當前主流的碰撞檢測算法，選取GJK碰撞檢測算法。
　　再次，人機協(xié)同下機械手半自主避碰的實現(xiàn)。借助GJK算法，實時獲取機械手與周圍環(huán)境中障礙物的碰撞信息:是否碰撞、最短距離以及最短距離對應的多組點集。本文采用人工勢場法構造機械手的避碰規(guī)劃環(huán)境，引導機械手沿勢能下降的方向運動，并且避開障礙物，到達期望目標位姿。
　　最后，人機