放射性容器退役拆解中機(jī)械臂軌跡規(guī)劃與跟蹤研究.pdf

1、核退役拆解任務(wù)中機(jī)械臂的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。在工作強(qiáng)度大、環(huán)境復(fù)雜、輻射危害大、拆解工藝復(fù)雜等特點(diǎn)下，機(jī)械臂任務(wù)空間的軌跡規(guī)劃問題對放射性容器退役拆解任務(wù)中機(jī)械臂高效、穩(wěn)定、精確平滑地運(yùn)行有重要意義。本課題以放射性容器熱切割退役拆解任務(wù)為研究背景，以MOTOMAN-MH6S型六自由度串聯(lián)機(jī)械臂為研究對象，在機(jī)械臂任務(wù)空間采樣獲得描述切割任務(wù)關(guān)鍵位姿點(diǎn)，通過研究適用于MH6S類型機(jī)械臂的姿態(tài)規(guī)劃算法和位置規(guī)劃算法，規(guī)劃出滿足切割任務(wù)工

2、藝要求的機(jī)械臂運(yùn)行軌跡，并且確保獲取機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)平滑、平穩(wěn)，位姿準(zhǔn)確的軌跡時(shí)間函數(shù)xe(t)；通過旋量理論建立任務(wù)空間和關(guān)節(jié)空間的映射關(guān)系，將任務(wù)空間中的軌跡時(shí)間函數(shù)xe(t)以能量最優(yōu)條件映射至關(guān)節(jié)空間，進(jìn)一步研究給定參考軌跡輸入的機(jī)械臂軌跡跟蹤控制方法。整個(gè)方案對提高機(jī)械臂運(yùn)行的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的可靠性、工作效率有重要意義。本文重點(diǎn)研究MH6S型六自由度機(jī)械臂任務(wù)空間中軌跡的位置規(guī)劃、姿態(tài)規(guī)劃方法、以及從任務(wù)空間到關(guān)節(jié)空間映射關(guān)系，再者，

3、以關(guān)節(jié)空間中的軌跡時(shí)間函數(shù)θe(t)為機(jī)械臂給定參考輸入，進(jìn)行軌跡跟蹤控制算法驗(yàn)證，最后在MH6S機(jī)械臂平臺(tái)上構(gòu)建典型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　本論文中，在任務(wù)空間中通過三次非均勻 B樣條插值算法對具有連續(xù)路徑點(diǎn)約束條件的軌跡進(jìn)行位置規(guī)劃；利用單位四元數(shù)三次多項(xiàng)式樣條插值算法實(shí)現(xiàn)對多姿態(tài)約束條件軌跡的位姿規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂在任務(wù)空間中連續(xù)路徑點(diǎn)約束條件的位姿規(guī)劃；利用旋量的方法求解任務(wù)空間中機(jī)械臂的姿態(tài)和關(guān)節(jié)空間中機(jī)械臂位姿的映射關(guān)系

4、；利用五次樣條插值算法對關(guān)節(jié)空間中的連續(xù)位姿進(jìn)行規(guī)劃。軌跡規(guī)劃是機(jī)械臂軌跡跟蹤的基礎(chǔ)，將規(guī)劃好的軌跡時(shí)間律作為控制系統(tǒng)的參考輸入，在采用拉格朗日公式建立的動(dòng)力學(xué)模型上，利用重力補(bǔ)償?shù)腜D控制算法實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂系統(tǒng)對參考軌跡跟蹤驗(yàn)證。
　　本文在 MATLAB/Visual Studio軟件上對任務(wù)空間中連續(xù)路徑點(diǎn)約束條件的機(jī)械臂給定任務(wù)描述進(jìn)行軌跡規(guī)劃，并結(jié)合旋量方法將任務(wù)空間中規(guī)劃的軌跡時(shí)間函數(shù)映射到關(guān)節(jié)空間，在關(guān)節(jié)空間中利用五次樣