移动机械臂在未知环境下的运动规划应用系统

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1、广东工业大学硕士学位论文（工程硕士）移动机械臂在未知环境下的运动规划应用系统杨明江二○一八年六月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111501156广东工业大学硕士学位论文（工程硕士）移动机械臂在未知环境下的运动规划应用系统杨明江校内导师姓名、职称:陈新度、教授校外导师姓名、职称:秦磊、高级工程师学科(专业)或领域名称:机械工程学生所属学院:机电工程学院论文答辩日期:2018年5月26日ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfo

2、rtheDegreeofMaster（MasterofEngineering）MotionPlanningSystemofMobileManipulatorinUnknownEnvironmentCandidate:YangMingjiangSupervisor:ChenXinduJune2018SchoolofElectromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要近年来，

3、随着电子商务高速发展带来的物流业务大量攀升，智能化物流装备在提高效率方面已显现出不可替代的优势，智能型搬运装备已经成为物流行业必不可缺的使用工具。随着机器人在物流行业的引入大家发现机器人与人类最大的区别就在于对环境的感知，即便近几年人工智能在不断发展，但机器人对于环境的感知程度依然很弱。一旦环境突变，非常有可能造成机器人大面积瘫痪，甚至引发工厂安全事故。仓储场景的不确定性和多样性要求作为搬运装备的移动机械臂具有更好的环境感知和避障运动规划能力。为此本文围绕在未知环境下识别抓取物体，并将其准确放置到指定位置为任务背景

4、，研究基于三维视觉传感器的工作场景离散化模型构建和基于构建模型下的机械臂避障运动规划，并在RRT*的基础上提出了一种快速收敛的快速RRT*算法，实现障碍环境的实时建模以及机械臂无碰抓取轨迹规划。主要工作如下：1，搭建移动机械臂硬件平台，本文利用工业机械臂和移动机器人以及RGB-D视觉传感器搭建了移动机械臂系统，将视觉传感器安装在整个移动平台的背部作为环境感知传感器。然后对整个移动机械臂进行运动学建模分析，推导出机械臂与移动平台在机器人坐标系中的对应位置关系。2，利用视觉传感器构建障碍场景模型，首先使用机器人手眼标定

5、算法对视觉传感器进行标定，得到相机相对于机器人的坐标转换关系，然后通过搭建在移动平台背后的视觉传感器，获取整个场景点云数据，以标定结果为三维转换关系将点云数据转换到机器人坐标系下，最后对点云数据进行栅格化，得到工作场景的离散化模型，作为机械臂运动规划的障碍空间。3，基于随机采样的算法对机械臂进行运动规划，本文使用了在RRT*规划算法的基础上提出的快速RRT*算法进行规划实验，提高了RRT*算法在路径优化的迭代速度。在Gazebo中搭建移动机械臂的仿真平台，仿真环境内添加已知障碍物，验证了改进的规划算法能够得到避障运

6、动轨迹，然后添加未知障碍物，通过视觉传感器获得的栅格化模型，验证规划了算法能够得到避障运动轨迹。I广东工业大学硕士学位论文4，完成真实运功规划实验，当整个移动机械臂到达未知工作场景后，利用图像处理算法得到目标物体的三维姿态，然后通过视觉传感器得到障碍空间模型，最后使用ROS机器人运动控制接口驱动机械臂，按照规划的轨迹完成避障运动。实现未知环境下移动机械臂运动规划，完成抓取放置操作实验，实验结果验证了本文构建的系统是可行的。关键词：移动机械臂；运动规划；环境感知；ROS；位姿识别；快速扩展随机树IIAbstractA

7、bstractInrecentyears,withtherapidgrowthoflogisticsbusinessbroughtaboutbytherapiddevelopmentofe-commerce,intelligentlogisticsequipmenthasshownirreplaceableadvantagesinimprovingefficiency.Intelligenttransportequipmenthasbecomeanindispensabletoolforthelogisticsin

8、dustry.Withtheintroductionofrobotsinthelogisticsindustry,wehavediscoveredthatthebiggestdifferencebetweenrobotsandhumansliesintheperceptionoftheenvironment.Evenifartificialintellige