自主移动机械臂轨迹规划

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1、分类号：UDC：密级：学校代号：11845学号：2111101023广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)自主移动机械臂轨迹规划李毫亮指导教师姓名、职称：塞I』运蝰塾援学科(专业)或领域名称：扭越工猩学生所属学院：扭电工猩堂院论文答辩日期：至Q!垒生鱼旦ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngineeringScience)AutonomousMobileManipulatorTrajectoryPlanningMas

2、terCandidate：LiHaoliangSupervisor：Prof．LiuGuanfengJune2014SchoolofElectromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou，Guangdong，P．R．China，510006摘要随着工业自动化和产业升级的发展，工业机器人在此方面的应用将更加普及，在提高产品的生产效率，降低生产成本和改善工作环境等方面做出了重要贡献。其中机器人的轨迹规划是机器人控制系统的底层规划，良好的规划方案对于机器人的精度和稳定性等非

3、常重要，因此大量的学者和研究人员从事于此课题的研究，也对机器人整体性能的提高起到了推动性的作用。本课题研究的模型为自主移动机械臂一广东工业大学机器人实验室(105)具有代表性的实验设备。其主要组成部分为5个旋转关节组成的机械臂和由麦克纳姆轮组成的全方位移动小车，可以单独的控制，也可以组合在一起控制。在规划前，分别独自建立了机械臂和移动小车的运动学模型，对其正逆向运动学进行了求解，并得到了预期的效果。本课题的主要研究方向为轨迹规划，在规划之前分别对各个轨迹规划的基本方法做了详细的讨论，通过基本理论运用MATLAB软件对各个算法进行了程序的编写，对上述

4、部分求解的运动学模型，进行了算法的编写。通过不同的方法对空间直线和弧线进行了轨迹规划，在空间直线规划中，采用连续的三次多项式对其进行了关节变量的条件约束，使之在通过关节变量的输入，其末端在笛卡尔空间的输出达到了理想的效果。在空间弧线规划采用连续的高阶多项式插值算法，对其进行各项约束，使之末端在空间的输出不仅满足所规划的轨迹，而且在关节空间保证了加速度连续的要求，对于提高机械臂的平稳性非常重要。当机械臂的空间在工作范围之外时，需要移动全方位移动小车，由于可以全方位移动，通过选择合适的轮子速度和转向，即可满足在空间沿直线运动，达到距离最优解。在小车方面

5、，采用了抛物线混合插值算法，使之在启动和停止时满足抛物线的性能，且中间位置可以保持速度的恒定。最后根据以上各个轨迹方案，分别编写了程序，并通过仿真，得到了理论的结果，验证了理论的正确性。关键词：轨迹规划；插值算法；关节空间；运动学模型。广东工业大学硕士学位论文ABSTRACTWiththedevelopmentofindustrialautomationandindustrialupgrading，theapplicationofindustrialrobotswillbemorepopular．Ithasmadetheimportantcontr

6、ibutioninimprovingproductionefficiency,reducingproductioncostandimprovingtheworkingenvironment．Thetrajectoryplanningofrobotisthebaseoftherobotcontrolsystemplanning，andgoodplanningschemefortheprecisionandstabilityoftherobotisveryimportant．SoalotofscholarsandresearchershavedoneS

7、Omuchworkinthestudiesofthistopictoimprovetheperformanceoftherobot．Theresearchofmodelforautonomousmobilerobotarmisatypicalexperimentalequipmentofrobotlaboratoryguangdonguniversityoftechnology(105)．Themaincomponentoftheautonomousmobilerobotarmisarobotanncombinedbyfiverotatingand

8、amobilecar、^，ithwheeloftheonlni—directional．Twopartofthesyste