轮式移动机械臂的运动控制技术研究

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1、上海大学硕十学位论文摘要移动机械臂已经成为机器人研究领域的一个重要分支。在军事、危险操作和服务业等许多应用场合，需要机器人实时接受控制命令，以期望的速度、方向和轨迹灵活自如地移动。本文研制了一台轮式移动机械臂，并对其定位和避障轨迹规划问题进行了研究。本文设计了移动机械臂的机械系统和控制系统。机械系统包括轮式移动平台和固定在平台上的三自由度冗余机械臂。控制系统则包括控制模块、避障模块、电机驱动模块和车轮测速模块等。文章首先分析了移动机械臂移动平台的定位问题，采用蒙特卡罗定位算法来分析处理光电码盘和超声波传感器的距离信息的采集数据，根据最大的权值判断移动平台在地图中的位

2、置。其次，建立了移动机械臂整体的运动学模型，并分析了移动平台和整体的可操作度及其对机械臂末端的影响。最后在可操作度和梯度投影算法基础上采用避障操作构型指数(AMSI)和带有势位移的避障操作构型指数(AMSIP)来评估机械臂整体构型的避障能力，并根据这两个个指数来完成轨迹规划。用AMSI指数来规划移动平台的位置，用AMSIP指数来规划机械臂的构型，通过实例验证了这两个指数的有效意义。关键词：移动机械臂，定位，避障，轨迹规划V上海大学硕士学位论文ABSTRACTMobilemanipulatoriSanimportantbranchintherobotfield．Inm

3、anycases．forexample，militaryaffairs，dangertasksandservices，robotcallbecontrolledbyusingrealtimecommunication，torealizeflexiblemovementaccordingtodesiredvelocity,orientationandtrajectory．Inthispaper,amobilemanipulatorisdesignedandstudied，andthelocalizationandobstacleavoidancemotionplann

4、ingoftherobotareresearched．ThisPaperdesignedthemechanicalsystemandcontrolsystem．Themechanicalsystemincludesthemobileplatformandafour-jointmechanicalarmfixedontheplatform．ThecontrolsystemincludestheMCUmodule，abstacleavoidancemodule，motordrivemoduleandwheelspeedmeasurementmodule．The10cal

5、izationoftherobotisfirstlyanalyzed．Montecarlolocalizationwasadoptedtoanalysethedatameasuredfromthephotoelectriccodeddiskandu1仃asonicsensor,andthelocafionoftherobotcouldbejudgesformthemaximalweightvalue．Thenthekinematicsofthemobilemanipulatorentitywassetup，andthemanipulabilityoftheplatf

6、oIrillandthemanipulatorWasanalyzed．Atlast．basedontheconceptofmanipulabilityandgradientprojectionmetllodweadoptedAvoidanceManipulabilityShapeIndex(AMSI)andAvoidanceManipulabilityShapeIndexwithPotential(AMSIPltoevaluatethewholeconfiguration’Sobstacleavoidanceability,whichalSOprovidesamet

7、hodforthemotionplanningofobstacleavoidanceforthemobilemanipulator．AMSIiSusedtoplanthelocationofmobileplatforill．andAMSIPusedtoplantheconfigurationofthemanipulator．Theexamplesshowsthattheeffectiveofthetwoindexes．Keywords：Mobilemanipulator,Localization，Obstacleavoidance，MotionplanningV