農(nóng)業(yè)機(jī)械手無(wú)碰運(yùn)動(dòng)規(guī)劃技術(shù)的研究.pdf

1、農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以緩解農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力不足，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家有著廣泛的應(yīng)用。但是由于農(nóng)業(yè)機(jī)器人作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)算法在實(shí)際采摘中存在尋優(yōu)速度慢、避障能力不強(qiáng)等問(wèn)題。 為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的快速無(wú)碰采摘，本課題以六自由度機(jī)械手為研究對(duì)象，著重研究采摘機(jī)械手的無(wú)碰運(yùn)動(dòng)規(guī)劃技術(shù)。 首先，本文推導(dǎo)了MT-UARM6自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，在推導(dǎo)中，采用D-H法建立機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，分析其正運(yùn)動(dòng)學(xué)，逆

2、運(yùn)動(dòng)學(xué)，奇異位置，雅克比矩陣等，其中逆運(yùn)動(dòng)學(xué)采用遺傳算法很好地解決了逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的冗余問(wèn)題。對(duì)機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)模型，采用第二類(lèi)Lagrange方程，求解出機(jī)械手的各關(guān)節(jié)力矩。這些研究為后續(xù)的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)規(guī)劃奠定了理論基礎(chǔ)。 其次，分析了機(jī)械手運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的一般性問(wèn)題，對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃幾種方法的適用性做了綜合比較和評(píng)價(jià)。深入研究了機(jī)械手時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃的基本原理，討論了遺傳優(yōu)化原理及B樣條曲線的計(jì)算方法，采用B樣條曲線構(gòu)造關(guān)節(jié)軌跡，提出了一種基

3、于種群集散度的改進(jìn)自適應(yīng)遺傳優(yōu)化算子，并應(yīng)用于機(jī)械手時(shí)間最優(yōu)軌跡設(shè)計(jì)，優(yōu)化時(shí)同時(shí)考慮關(guān)節(jié)角速度、角加速度、角加加速度及關(guān)節(jié)力矩4種約束，并在關(guān)節(jié)空間對(duì)PUMA560前三鉸軌跡進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算。 然后，對(duì)障礙空間下機(jī)械手的避障運(yùn)動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了分析研究。由于機(jī)械手作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性，手臂與障礙物間存在碰撞可能，因此必須規(guī)劃出一條無(wú)碰的末端軌跡，并保證各關(guān)節(jié)也無(wú)碰。本文對(duì)傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種消除局部極小點(diǎn)的方法，使機(jī)械手術(shù)端