仿人服務(wù)機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，仿人服務(wù)機(jī)器人更多的參與到人類生活中，人們對(duì)機(jī)器人的要求也越來越高，從能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)的PTP運(yùn)動(dòng)(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng))和簡單CP運(yùn)動(dòng)(直線運(yùn)動(dòng)和圓弧運(yùn)動(dòng))，到需要能夠沿特定的軌跡實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、平穩(wěn)地規(guī)劃運(yùn)動(dòng)。其中，機(jī)器人手臂是一個(gè)多自由度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)。因此，實(shí)現(xiàn)沿特定軌跡快速平穩(wěn)運(yùn)行是仿人服務(wù)機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)與難點(diǎn)之一。
　　本文在收集、整理國內(nèi)外大量相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)仿人服務(wù)機(jī)器人的軌

2、跡規(guī)劃方法和軌跡生成進(jìn)行研究，通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。其論文的主要內(nèi)容如下：
　　（1）本文對(duì)仿人服務(wù)機(jī)器人的研究發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行簡要介紹，通過簡化機(jī)械臂幾何模型，采用D-H參數(shù)表法描述機(jī)械手臂各關(guān)節(jié)的幾何關(guān)系，建立正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；通過解析法，進(jìn)行逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題的求解，為機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃提供理論基礎(chǔ)。
　?。?）分析機(jī)器人手臂快速動(dòng)態(tài)作業(yè)軌跡規(guī)劃的流程，介紹當(dāng)前軌跡規(guī)劃的常用兩種規(guī)劃方法：關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃和笛卡爾空間的軌跡規(guī)劃。關(guān)

3、節(jié)空間軌跡規(guī)劃主要包括三次多項(xiàng)式差值、五次多項(xiàng)式差值和拋物線過渡的線性段差值；笛卡爾空間軌跡規(guī)劃主要包括直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)。
　?。?）由于笛卡爾空間軌跡法計(jì)算量比較大，不能保證所有軌跡點(diǎn)均在工作范圍內(nèi)。線性段函數(shù)差值關(guān)節(jié)角速度、角加速度在起始點(diǎn)、終止點(diǎn)不連續(xù)等缺點(diǎn)，我們研究采用三次樣條差值算法在關(guān)節(jié)空間進(jìn)行軌跡規(guī)劃得到經(jīng)過該型值點(diǎn)的軌跡曲線。通過仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)角位移，角速度曲線大體上連續(xù)、平滑，但是關(guān)節(jié)角加速度在某些點(diǎn)上

4、會(huì)出現(xiàn)尖角，影響機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。根據(jù)B樣條形成軌跡曲線對(duì)時(shí)間的一階、二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，關(guān)節(jié)位移變化率小及局部支撐性的特點(diǎn)，即使B樣條軌跡曲線中間某個(gè)點(diǎn)的值發(fā)生一點(diǎn)誤差對(duì)整段軌跡規(guī)劃影響不大。因此，采用了四階三次B樣條對(duì)機(jī)械手臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行軌跡規(guī)劃，得到了滿足約束條件的連續(xù)、平滑的軌跡曲線。
　?。?）根據(jù)機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中，為了能夠快速響應(yīng)到達(dá)路徑點(diǎn)，以關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短為目標(biāo)，采用基于粒子群算法優(yōu)化三次B樣條軌跡曲線。

5、通過實(shí)驗(yàn)仿真分析可以看出，經(jīng)過相同的路徑點(diǎn)，生成預(yù)規(guī)劃的軌跡所需時(shí)間，優(yōu)化后的每個(gè)關(guān)節(jié)所需時(shí)間分別比優(yōu)化前所需時(shí)間減少了9.630s、8.500s、8.955s。得到了滿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)約束的三次B樣條時(shí)間最優(yōu)軌跡曲線。
　?。?）介紹了仿人服務(wù)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建，組成仿人服務(wù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)。描述了仿人服務(wù)機(jī)器人平臺(tái)控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，通過編寫基于Android系統(tǒng)指令發(fā)送應(yīng)用軟件，加入訊飛開放平臺(tái)S