月壤表層采樣機械臂及末端執(zhí)行器運動規(guī)劃與位姿檢測.pdf

1、月壤表采機械臂及末端執(zhí)行器是安裝在著陸器上,進行月壤采樣的必備裝置。其中表采機械臂為四自由度機械臂,由腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)組成,主要對末端執(zhí)行器進行位置及姿態(tài)調(diào)整,以使末端執(zhí)行器能夠完成采樣任務(wù)。表采機械臂的整個采樣作業(yè)過程分為折疊展開過程,展開采樣過程,采集樣品轉(zhuǎn)送過程。在整個作業(yè)過程中,機械臂及末端執(zhí)行器不能與月球表面的巖石以及著陸器本體發(fā)生碰撞,并能夠保證末端執(zhí)行器能夠精確地裝入到封轉(zhuǎn)容器中。
　　在已知機械臂基本

2、構(gòu)型的基礎(chǔ)上,通過對機械臂進行運動分析與受力分析,可以得到機械臂沿給定軌跡運動時的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度與關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩。由關(guān)節(jié)角度與關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩可以構(gòu)建能量消耗函數(shù)。能量消耗函數(shù)與全局條件數(shù)、機械臂質(zhì)量函數(shù)、工作空間函數(shù)一起組成了目標函數(shù)。通過遺傳算法對目標函數(shù)取最小值,實現(xiàn)了機械臂大臂桿長與小臂桿長的優(yōu)化。
　　根據(jù)機械臂的避障要求,在展開采樣過程中,應(yīng)避免機械臂及末端執(zhí)行器與巖石障礙物發(fā)生碰撞,因為無法事先獲知巖石障礙物的位置,所以采用

3、局部路徑規(guī)劃方法中的人工勢場法進行避障路徑規(guī)劃;在采集樣品轉(zhuǎn)送過程中,應(yīng)避免機械臂及末端執(zhí)行器與著陸器發(fā)生碰撞,因為機械臂基座相對于著陸器是固定的,并且通過機器人運動學(xué),在關(guān)節(jié)運動角度已知的條件下可以獲知機械臂在空間中的位姿,所以采用全局路徑規(guī)劃方法中的A*算法進行避障路徑規(guī)劃。
　　在機械臂軌跡優(yōu)化方面,機械臂應(yīng)以盡可能短的時間與盡可能少的功耗來完成采樣過程以及樣品轉(zhuǎn)移過程。對運動軌跡上的每一個軌跡點,通過運動學(xué)逆解可以得到對應(yīng)

4、的關(guān)節(jié)角度。對于每一個關(guān)節(jié),采用B樣條曲線連接這些關(guān)節(jié)角度,在關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度、角速度、角加速度約束的情況下,運用遺傳算法對B樣條曲線進行優(yōu)化,從而獲得運動時間最優(yōu)的B樣條曲線以及運動時間與能量消耗綜合最優(yōu)的B樣條曲線。
　　運用激光跟蹤儀對ABB工業(yè)機器人的末端位姿進行檢測,并對工業(yè)機器人的運動學(xué)參數(shù)進行標定,來提高機器人的絕對定位精度。機器人末端連接尼龍棒,來進行插孔動作,以模擬采集樣品送入收集容器的過程,并得到標定前后,機器人的