多關(guān)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、機(jī)器人運(yùn)動軌跡規(guī)劃是機(jī)器人學(xué)研究領(lǐng)域中最重要的課題之一，機(jī)器人軌跡規(guī)劃問題在機(jī)器人的控制中占有重要的地位。一般將機(jī)器人的運(yùn)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(jī)器人的數(shù)理基礎(chǔ)和機(jī)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，又可分為運(yùn)動學(xué)軌跡規(guī)劃和動力學(xué)軌跡規(guī)劃。運(yùn)動學(xué)軌跡規(guī)劃是指基于機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)方程而進(jìn)行的規(guī)劃，動力學(xué)軌跡規(guī)劃是指基于機(jī)器人的動力學(xué)理論而進(jìn)行的規(guī)劃。本課題主要研究平面連桿機(jī)器人(或稱機(jī)器人)在關(guān)節(jié)空間內(nèi)的運(yùn)動學(xué)軌

2、跡規(guī)劃問題。
　　 首先，本文對機(jī)器人的定義和發(fā)展前景作了介紹，對機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的概況、應(yīng)用等作了簡要的論述，同時回顧了機(jī)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(jī)器人的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)基本理論和基本知識。在討論機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)理論時，詳細(xì)闡述了坐標(biāo)變換和機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)求解問題，鑒于機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的逆解問題直接涉及機(jī)器人軌跡規(guī)劃問題的研究，所以它在機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)軌跡規(guī)劃中占有

3、重要的地位。在機(jī)器人的動力學(xué)理論部分，簡要介紹了三種常用的動力學(xué)建模方式。
　　 再次，論文闡述了機(jī)器人運(yùn)動學(xué)軌跡規(guī)劃的一般性問題。先是簡要說明了兩個坐標(biāo)空間內(nèi)軌跡規(guī)劃的區(qū)別，然后重點(diǎn)討論了關(guān)節(jié)空間內(nèi)的運(yùn)動學(xué)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(jī)器人的運(yùn)動軌跡規(guī)劃問題，這是研究的重點(diǎn)內(nèi)容。第一種算法是采用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)進(jìn)行的運(yùn)動學(xué)規(guī)劃，另外一種是采

4、用勢場法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的避障運(yùn)動學(xué)規(guī)劃。在采用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)進(jìn)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(jī)器人的逆運(yùn)動學(xué)模型采集數(shù)據(jù)，然后利用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)、自訓(xùn)練功能求解機(jī)器人的逆解，從而完成機(jī)器人的軌跡規(guī)劃，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了該算法的有效性和可行性。在研究機(jī)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(jī)器人手端(終端)實(shí)現(xiàn)避

5、障而不考慮機(jī)器人各個關(guān)節(jié)是否避開障礙物；另一種情況是考慮機(jī)器人各個關(guān)節(jié)實(shí)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(biāo)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(jī)器人的速度分解原則進(jìn)行構(gòu)造，主要是針對冗余度機(jī)器人進(jìn)行研究的。實(shí)現(xiàn)避障規(guī)劃的目的主要是研究機(jī)器人的手端避開障礙物時的運(yùn)行軌跡問題，進(jìn)而規(guī)劃出各個關(guān)節(jié)的角度變化曲線，所有仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了勢場法在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)