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基于嵌入式控制系统的双臂机器人避碰算法研究及实现

作　者: 于富友
导　师: 方建军
学　校: 北方工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 双臂机器人避碰轨迹规划 C空间
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 136次
引　用: 1次
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内容摘要

双臂机器人较之单臂机器人更能完成复杂的、柔顺的作业任务,具有良好的应用前景。双臂机器人的两只机械手臂在同一空间内的协调运动和无碰撞轨迹规划与控制问题是双臂机器人研究领域的重要课题之一。本文以双臂SCARA机器人为研究对象,首先采用D-H法分析操作臂的运动学并求解其运动学正解和逆解,其次对双臂机器人的几何模型进行简化,利用计算机图形学方法得出两只机械臂在某一时刻的碰撞检测算法。用C空间法对双臂机器人进行避碰轨迹规划。假定主臂按照规划好的轨迹运动,将从臂的C空间进行适当离散化,运用碰撞检测方法建立主臂运动在从臂C空间的映射,从而求解从臂C空间的自由空间,建立从臂运动无碰撞库。运用启发式搜索法的A*搜索法在从臂的无碰撞库中搜索出一条无碰撞运动路径,作为从臂的运动轨迹。在MATLAB中对无碰撞轨迹规划算法进行仿真。仿真结果表明,主从臂在本文研究的算法程序控制下,能够实现无碰撞的协调运动。算法程序的时空效率高,能满足嵌入式控制系统的要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
1 引言  8-13
  1.1 本文研究背景和意义  8
  1.2 双臂机器人研究现状  8-12
  1.3 本文研究的主要内容和方案  12-13
2 SCARA机器人运动学分析  13-22
  2.1 操作臂运动学基础  13-17
    2.1.1 机器人手部位置与姿态  13
    2.1.2 D-H法  13-16
    2.1.3 操作臂运动学正解与逆解  16-17
  2.2 SCARA机器人的运动学建模  17-22
3 机械臂路径规划理论  22-29
  3.1 轨迹规划  22-23
  3.2 机器臂无碰撞路径规划方法  23-24
  3.3 C空间法  24-26
  3.4 建立C空间的主要方法  26-27
  3.5 基于C空间的路径搜索方法  27-29
4 双臂SCARA机器人无碰撞路径规划  29-45
  4.1 双臂SCARA机器人建模  29-32
    4.1.1 双臂SCARA机器人几何模型  29-30
    4.1.2 双臂SCARA机器人运动学正解程序  30-31
    4.1.3 双臂SCARA机器人运动学逆解程序  31-32
  4.2 机械臂碰撞检测算法  32-34
    4.2.1 线段相交检测  32-33
    4.2.2 两机械臂碰撞检测  33-34
  4.3 从械臂C空间建立  34-36
  4.4 分析从臂无碰撞状态  36-37
    4.4.1 建立瞬时无碰撞状态库  36-37
    4.4.2 建立总无碰撞状态库  37
  4.5 搜索无碰撞路径  37-43
    4.5.1 A~*搜索法  37-38
    4.5.2 A~*搜索的过程  38-39
    4.5.3 在无碰撞库中搜索  39-43
  4.6 算法的C语言实现  43-45
5 双臂SCARA机器人无碰撞路径规划仿真实验  45-53
  5.1 仿真流程  45-46
  5.2 仿真参数设置  46
  5.3 主臂静止时的运动仿真  46-49
  5.4 两机械臂同时运动的仿真  49-51
  5.5 程序性能分析  51-52
  5.6 小结  52-53
6 总结与展望  53-54
  6.1 总结  53
  6.2 不足与展望  53-54
参考文献  54-57
附录 (算法的C语言实现)  57-70
申请学位期间发表的学术论文  70-71
致谢  71

基于嵌入式控制系统的双臂机器人避碰算法研究及实现

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