仿人機器人手臂的似人運動軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、仿人機器人代表了當今機器人研究領域的最高水平，外形和動作都與人類高度相似的仿人機器人更容易被人類接受。目前仿人機器人外形上已經(jīng)與人類非常相似，并且仿人機器人“雙腿”運動的仿人水平已經(jīng)與人類雙腿十分接近，但其“雙臂”與人類雙臂相比還相距甚遠，因此近年來的研究熱點已經(jīng)由下半身的雙腿“仿人行走”轉(zhuǎn)移到了更具有應用價值的上半身的雙臂“仿人操作”。
　　國外許多研究機構和機器人生產(chǎn)商都對仿人機器人投入大量的研究精力并取得了一定的研究成果，然

2、而國內(nèi)在這方面的研究還很有限，多數(shù)研究傾向于以完成操作任務為目標，沒有考慮機器人操作動作本身的似人特性。在這樣的背景下，本文對仿人機器人手臂的似人運動規(guī)劃進行了初步的探索。
　　由于機器人操作動作的似人程度是含有一定主觀成分的，所以本文的研究重點之一就是如何尋找一個能夠被廣泛認可的、相對客觀的并且可以量化進行計算比較的似人程度評價標準。應用人體工程學是一門研究人體運動規(guī)律的科學，它對人體手臂運動規(guī)律的研究對仿人機器人的手臂控制具有

3、重要指導意義。本文采用應用人體工程學中的快速上肢評估(RULA)準則來評價機器人構型的似人程度，RULA準則將似人程度這樣一個主觀的概念以一種客觀的量化的標準進行分類，是一種簡單易行并且受到廣泛認同的評價方法。本文以RULA準則為主，并結合其他相關的手臂運動規(guī)律和機器人運動性能指標，對仿人機器人手臂進行似人運動軌跡規(guī)劃，規(guī)劃過程分為靜態(tài)構型規(guī)劃和動態(tài)運動規(guī)劃兩個部分。
　　靜態(tài)構型規(guī)劃依據(jù)具體的操作任務規(guī)劃機器人操作的“關鍵點”操

4、作構型，主要包括運動軌跡的起點、終點和轉(zhuǎn)折點。規(guī)劃方法以機器人面對指定操作任務沿指定方向的操作測度最大為優(yōu)化目標、以機器人操作構型的似人程度為約束條件，在多目標約束規(guī)劃問題模型下求解“關鍵點”操作構型。
　　動態(tài)運動規(guī)劃依據(jù)靜態(tài)構型規(guī)劃出的機器人在“關鍵點”處的操作構型和人類運動軌跡的速度、加速度特性規(guī)劃機器人運動軌跡:以關鍵操作點的機器人構型為基礎，在模仿人類手臂動作速度、加速度特點的情況下規(guī)劃機器人手臂的運動軌跡，包括速度運動