基于托卡馬克柔性內(nèi)窺機(jī)械臂的軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、超導(dǎo)托卡馬克腔是能夠產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的裝置，由于核聚變反應(yīng)需要真空、高溫環(huán)境，并且反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)輻射，所以對(duì)于腔內(nèi)各種設(shè)備的檢測(cè)與維修都需要機(jī)器人輔助，托卡馬克柔性內(nèi)窺機(jī)械臂就是針對(duì)腔內(nèi)第一壁磚面的檢測(cè)而設(shè)計(jì)的10自由度機(jī)械臂。機(jī)械臂的末端執(zhí)行器為用于檢測(cè)的工業(yè)相機(jī)，在機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)時(shí)，相機(jī)的成像實(shí)時(shí)反饋給操作人員以判斷第一壁磚塊是否有損。由于相機(jī)成像的清晰度直接影響到操作者對(duì)第一壁的觀測(cè)，所以針對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃，不僅要使機(jī)械臂

2、能夠在滿足各種運(yùn)動(dòng)學(xué)約束的條件下盡可能快的完成任務(wù)，還要保證相機(jī)能夠得到清晰的圖像質(zhì)量，這對(duì)于操作者判斷托卡馬克腔內(nèi)設(shè)備是否有損具有至關(guān)重要的意義。根據(jù)這樣的任務(wù)需求，本文基于托卡馬克柔性內(nèi)窺機(jī)械臂,對(duì)機(jī)器人軌跡規(guī)劃進(jìn)行了深入研究。
　　首先，本文對(duì)課題研究的背景和意義進(jìn)行了論述，全面總結(jié)了國(guó)內(nèi)外有關(guān)機(jī)器人軌跡規(guī)劃的基本方法和研究成果。其次，本文針對(duì)特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)詳細(xì)介紹了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并根據(jù)實(shí)際任務(wù)需求，為了保證相機(jī)的成像

3、質(zhì)量，在軌跡規(guī)劃時(shí)除了考慮機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的速度、加速度、加加速度以外，還創(chuàng)新性地在機(jī)器人操作空間設(shè)計(jì)了相機(jī)觀測(cè)距離變化率限制的約束條件，通過(guò)已知的操作空間環(huán)境模型，根據(jù)機(jī)械臂的末端位置，實(shí)時(shí)計(jì)算相機(jī)的觀測(cè)距離，限制不同的觀測(cè)距離變化率來(lái)改進(jìn)機(jī)械臂的軌跡，從而改善相機(jī)的成像質(zhì)量。另外，本文通過(guò)曲線擬合，創(chuàng)新性地得到機(jī)械臂的掃描速度與相機(jī)觀測(cè)距離之間的關(guān)系，通過(guò)加入末端執(zhí)行器的最大移動(dòng)速度隨觀測(cè)距離變化的約束條件，進(jìn)一步優(yōu)化軌跡，使得相機(jī)成

4、像質(zhì)量更優(yōu)。
　　本文采用傳統(tǒng)的三次樣條插值函數(shù)得到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，利用序列二次規(guī)劃算法對(duì)最優(yōu)模型進(jìn)行求解，得到最小的軌跡運(yùn)行時(shí)間，通過(guò)大量仿真和對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析方法的可行性，并在托卡馬克柔性內(nèi)窺機(jī)器臂對(duì)第一壁的掃描中進(jìn)行研究驗(yàn)證。通過(guò)屬于邊緣梯度檢測(cè)類中的Laplace圖像清晰度評(píng)價(jià)方法對(duì)相機(jī)得到的圖片質(zhì)量進(jìn)行比較，證明采用本課題所研究的軌跡規(guī)劃不僅使機(jī)械臂能夠保證高效的工作效率，而且在與傳統(tǒng)的軌跡規(guī)劃的對(duì)比下，圖像質(zhì)量得到明顯的