基于改进梯度投影法的冗余度机器人避障算法研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201431204049河北工业大学硕士学位论文基于改进梯度投影法的冗余度机器人避障算法研究论文作者：胡平学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：机械工程指导教师：张明路职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金项目（E51575157）河北省自然科学基金重点项目(E2016202342)机器人学国家重点实验室基金(2015002)河北省高等学校青年拔尖人才计划项目（BJ2014015）河北省科技计划项目（15211832）DissertationSubmittedtoHebeiU

2、niversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringTHESTUDYONOBSTACLEAVOIDANCEOFREDUNDANTROBOTBASEDONTHEIMPROVEDGRADIENTPROJECTIONMETHODbyHuPingSupervisor:Prof.ZhangMingluMarch2017ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.NO.5157

3、5157.andtheHebeiProvinceNaturalScienceFoundation.NO.E2016202342.andtheStateKeyLaboratoryofRoboticsofChina.NO.2015002.andtheYoungTalentsProgramofHebeiHigherSchool.No:BJ2014015.andtheScienceandTechnologyPlanProjectsofHebei.15211832.原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下

4、，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分

5、内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要冗余度机械臂避障算法研究一直是机器人领域研究的热点之一。但目前的冗余度机械臂避障算法还存在诸多不足之处，针对传统算法的不足提出一种基于主从任务转化的闭环控制避障算法,使其更加完善和优化。本文主要工作和创新性成果如下：1.对障碍物定位进行研究，在对障碍物图像进行图像预处理后，利用空间点重建方法获得障碍物坐标，并通过标定板实验间接证明定位精度符合要

6、求。2.针对基于梯度投影的避障算法的不足提出一种基于主从任务转化的闭环控制避障算法。主从任务转化通过监测机械臂各杆件与障碍物之间的最小距离变化实现避障任务和末端期望轨迹跟踪任务的主从切换，从而解决当障碍物位于机械臂末端期望轨迹上时避障运动和期望轨迹跟踪运动存在的相互冲突问题。考虑到机械臂避障时其末端跟踪精度差的问题，引入对冗余度机械臂末端期望位置和实际位置的误差控制，使得机械臂末端的跟踪精度显著提高。同时，该算法还适用于多障碍物避障和动态避障且具有计算量小和躲避速度变化连续等优点。3.通过三自由度平面冗余度机械臂的

7、仿真试验和UR5实验平台上进行的实体实验，验证了该算法的正确性。结果表明，该算法能够有效解决当障碍物位于机械臂末端期望轨迹上时存在的冲突问题，而且机械臂在避障的同时也能够高精度地跟踪末端期望轨迹，且能够完成多障碍物避障和动态避障。关键词：冗余度机械臂，梯度投影法，主从任务转化，避障，闭环控制IABSTRACTTheresearchonobstacleavoidancealgorithmofredundantmanipulatorhasalwaysbeenoneofthehotspotsinthefieldofrob

8、ot.Butthecurrentobstacleavoidancealgorithmofredundantmanipulatorhassomeshortages,aclosedloopcontrolalgorithmforobstacleavoidancebasedonthetransformationofmasterandslavetasksispropo