| 【中文题名】 | 四自由度机械臂/多指灵巧手运动规划及其仿真研究 |
| 【英文题名】 | Research on Motion Planning and Graphic Simulation of 4-Dof Robot Arms and Dexterous Hand |
| 【学科专业】 | 机械电子工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-11-14 |
| 【中关键词】 | 图形仿真,碰撞检测,障碍规避,运动规划,, |
| 【英关键词】 | graphic simulation,collision detection,non-collision track planning,motion planning, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>机器人技术>机械手> |
| 【论文摘要】 |
本文结合“卫星在轨服务及遥操作的关键技术”项目,完成了机械臂/灵巧手的碰撞检测、障碍规避和运动规划等算法研究并进行了仿真演示。图形仿真可以直观地显示许多数据本身难以得出的信息,本文利用三维建模软件ProE建立了虚拟场景中各部分的模型,通过VC++与Open Inventor函数库建立了图形仿真系统虚拟场景。同时还运用解析法和几何法分析了机械臂、灵巧手正逆运动学模型。这些研究为后续的碰撞检测和运动规划等奠定了理论基础。
碰撞检测和障碍规避是机器人运动规划的重要组成部分。论文运用蒙特卡洛方法确定了机械臂的操作空间,采用了AABB包容盒与空间线面求交法相结合的碰撞检测方法。将障碍物“膨胀”,再通过端点距离判断和包含性测试,实现了机械臂与静态障碍物的碰撞检测,通过搜索局部最优化路径点的方法实现了自动障碍规避。
确定机械臂的运动路径后,运用三次多项式对关节轨迹进行规划。在速度、加速度、加速度变化率的约束条件下,使用二次规划法获得了运动总时间最短时的关节轨迹,将所用算法与现有算法对比表明了所用算法的优化性。考虑到加速度变化率对路径跟踪的影响,比较与加速度变化率相关的不同的优化目标函数时的路径跟踪... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
3-4 |
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Abstract |
4-8 |
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第1章 绪论 |
8-14 |
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1.1 引言 |
8 |
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1.2 国内外研究现状 |
8-13 |
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1.2.1 碰撞检测与避障 |
8-10 |
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1.2.2 运动规划 |
10-11 |
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1.2.3 机器人仿真系统 |
11-13 |
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1.3 选题意义和主要研究内容 |
13-14 |
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1.3.1 课题来源与选题意义 |
13 |
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1.3.2 主要研究内容 |
13-14 |
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第2章 机械臂/灵巧手系统模型的建立 |
14-23 |
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2.1 引言 |
14 |
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2.2 虚拟场景的建立 |
14-16 |
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2.2.1 建立三维实体模型 |
14-15 |
|
2.2.2 装配三维实体模型 |
15-16 |
|
2.3 运动学模型与求解 |
16-22 |
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2.3.1 机械臂运动学建模与求解 |
17-20 |
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2.3.2 灵巧手单手指运动学模型与求解 |
20-22 |
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2.3.3 四自由度机械臂与灵巧手合成正运动学 |
22 |
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2.4 本章小结 |
22-23 |
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第3章 碰撞检测与避障 |
23-32 |
|
3.1 引言 |
23 |
|
3.2 操作空间的确定 |
23-25 |
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3.3 碰撞检测 |
25-29 |
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3.3.1 AABB包容盒基本原理 |
25-26 |
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3.3.2 碰撞检测算法 |
26-29 |
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3.4 避障路径的确定 |
29-31 |
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3.5 本章小结 |
31-32 |
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第4章 机械臂运动规划 |
32-42 |
|
4.1 引言 |
32 |
|
4.2 三次多项式运动规划原理 |
32-34 |
|
4.3 最短时间运动规划 |
34-41 |
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4.3.1 优化模型的建立 |
34-36 |
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4.3.2 优化方法 |
36-41 |
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4.4 加速度变化率最大值最小化运动规划 |
41 |
|
4.5 本章小结 |
41-42 |
|
第5章 图形仿真系统 |
42-57 |
|
5.1 引言 |
42 |
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5.2 擦镜头避障演示试验 |
42-46 |
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5.2.1 障碍位于末端臂杆路径上 |
42-44 |
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5.2.2 障碍位于其它臂杆路径上 |
44-46 |
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5.3 拉天线轨迹规划演示试验 |
46-56 |
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5.3.1 最短运动时间规划 |
47-50 |
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5.3.2 考虑路径跟踪时的规划 |
50-56 |
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5.4 本章小结 |
56-57 |
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结论 |
57-58 |
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参考文献 |
58-62 |
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哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 |
62 |
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哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 |
62 |
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哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理 |
62-63 |
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致谢 |
63 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.380878 |
