自主移动机械臂轨迹规划

【摘要】随着工业自动化和产业升级的发展,工业机器人在此方面的应用将更加普及,在提高产品的生产效率,降低生产成本和改善工作环境等方面做出了重要贡献。其中机器人的轨迹规划是机器人控制系统的底层规划,良好的规划方案对于机器人的精度和稳定性等非常重要,因此大量的学者和研究人员从事于此课题的研究,也对机器人整体性能的提高起到了推动性的作用。本课题研究的模型为自主移动机械臂——广东工业大学机器人实验室(105)具有代表性的实验设备。其主要组成部分为5个旋转关节组成的机械臂和由麦克纳姆轮组成的全方位移动小车,可以单独的控制,也可以组合在一起控制。在规划前,分别独自建立了机械臂和移动小车的运动学模型,对其正逆向运动学进行了求解,并得到了预期的效果。本课题的主要研究方向为轨迹规划,在规划之前分别对各个轨迹规划的基本方法做了详细的讨论,通过基本理论运用MATLAB软件对各个算法进行了程序的编写,对上述部分求解的运动学模型,进行了算法的编写。通过不同的方法对空间直线和弧线进行了轨迹规划,在空间直线规划中,采用连续的三次多项式对其进行了关节变量的条件约束,使之在通过关节变量的输入,其末端在笛卡尔空间的输出达到了理想的效果。在空间弧线规划采用连续的高阶多项式插值算法,对其进行各项约束,使之末端在空间的输出不仅满足所规划的轨迹,而且在关节空间保证了加速度连续的要求,对于提高机械臂的平稳性非常重要。当机械臂的空间在工作范围之外时,需要移动全方位移动小车,由于可以全方位移动,通过选择合适的轮子速度和转向,即可满足在空间沿直线运动,达到距离最优解。在小车方面,采用了抛物线混合插值算法,使之在启动和停止时满足抛物线的性能,且中间位置可以保持速度的恒定。最后根据以上各个轨迹方案,分别编写了程序,并通过仿真,得到了理论的结果,验证了理论的正确性。
【作者】李毫亮；
【导师】刘冠峰；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】轨迹规划；插值算法；关节空间；运动学模型；

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