平面超冗余机器人机构的运动规划研究

论文摘要

超冗余度机器人是指机器人含有的自由度数远远多于完成某一作业任务所需的最少自由度数的一类机器人。它具有广泛的应用前景，越来越受到研究人员的重视。本文研究了基于脊线模式的平面超冗余度机器人的运动学规划。其主要研究内容如下：从所建立的脊线模式的运动学模型入手，研究了机器人的实际工作空间与其脊线初始位形参数之间的关系，并提出了一种可以保证逆运动学求解有效性的初始位形参数选取方法。提出了利用脊线初始位形参数选取的避障路径规划方法，并将该方法成功地应用于一个平面10杆、30杆机构的单障碍物、两障碍物的躲避中。在分别分析了利用初始位形参数和分段函数进行避障规划的局限性的前提下，对这两种方法的结合进行了探索。通过一个平面30杆机构的避障路径规划实例研究初步说明了基于这两种方法的混合避障法在多障碍物躲避规划中的可行性。研究了分段函数在冗余度机器人包裹操作运动规划中的运用。提出了一种新的包裹运动规划方法——变曲率法，这种方法的优点是可以对不规则物体进行有效包裹抓取。借助Matlab软件对上述运动学的规划方法进行了仿真研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 超冗余机器人的结构设计
• 1.2.2 超冗余机器人的运动学
• 1.3 论文的研究方法和内容
• 第2章 基于脊线的平面超冗余度机器人机构的运动学
• 2.1 引言
• 2.2 基于微分几何学的平面曲线的数学表述
• 2.3 基于脊线的平面超冗余度机器人机构的运动学建模方法——脊线模式法
• 2.3.1 脊线
• 2.3.2 脊线的运动学
• 2.3.3 脊线与其原机构的拟合
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于脊线表达的平面超冗余机器人机构的初始位形参数规划
• 3.1 引言
• 3.2 理论工作空间与实际工作空间
• 3.3 脊线初始位形参数的选取方法
• 3.4 基于初始位形参数规划的最小关节运动幅度
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于脊线的平面超冗余机器人机构的避障路径规划
• 4.1 引言
• 4.2 利用初始位形参数的避障研究
• 4.2.1 利用初始位形参数的避障策略
• 4.2.2 算例
• 4.3 利用分段函数的避障研究
• 4.3.1 分段函数法数学模型
• 4.3.2 利用脊线分段函数躲避单个障碍物的策略
• 4.3.3 算例
• 4.4 初始位形参数法与分段函数法相结合的混合避障实例研究
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于脊线的平面超冗余机械臂的包裹运动规划
• 5.1 引言
• 5.2 基于分段函数的包裹运动规划
• 5.2.1 平面超冗余机械臂对圆柱体的包裹操作运动规划方法
• 5.2.2 算例
• 5.3 变曲率包裹运动规划
• 5.3.1 变曲率包裹运动规划方法
• 5.3.2 算例
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文