平面超冗余机器人机构的运动规划研究

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1、西南交通大学硕士学位论文平面超冗余机器人机构的运动规划研究姓名：夏嫣红申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：李立20070601西南交通大学硕士研究生学位论文第Ⅱ页ABSTRACTAhyper-redundantrobotissuchrobotwitlldegreesoffreedomfarmorethanitsminimumnumberofdegreesoffreedomrequiredtocompleteatask．Ithasawiderangeofpotentialapplications，andhasdrawnatte

2、ntionofmoreandmoreresearchers．Inthisthesiskinematicalplanningofplanarhyper-redundantmanipulatorbasedonbackbonecurveisstudied,andthemainpointsareasfollow．Withthekinematicequationofhyper-redundantmanipulatorbasedonbackbonecurvemodal，therelationshipbetweenactualworkspaccofa

3、manipulatoranditsinitialparameterisinvestigated．AndamethodforchoosingtheinitialparameterispresentedtoeRsnrethesolvabilityofinversekinematics．Anobstacleavoidancemethodutilizinginitialparameterisproposedandisappliedsuccessfullytothepathplanningofaplanarhyper-redundantmanip

4、ulatorwith10or30linkstoavoidoneandtwoobstaclesrespectively．Thecombinationofthemethodsbasedoninitialparameterandsubsectionfunctionisstudiedtoovercometheirshortcomings．Anexampleofaplanarmanipulatorwith30linksisgiventodemonstratethefe觞ibnityofthecombinedmethodinthepathplann

5、ingofmultiple-obstacle—avoidance．Subsectionfunctionisappliedtothewrappingplanningofplanarhyper-redundantmanipulator．Anewapproachbasedonvariablecurvatureforwrappingplanningisdeveloped．Theapproachshowitsadvantageinwrappingabodywithcoarseornon-circularsurface．Thesimulations

6、oftheabovementionedkinematicplanningarecodedinMatlab．Keywords：hyper-redundantmanipulator；kinematicplanning；obstacleavoidance；wrapping．西南交通大学硕士研究生学位论文第1页1．1选题的意义第1章绪论机器人智能的实现在相当程度上取决于其执行机构(操作机)的结构特性。传统的机械臂是由小数量的刚性连杆通过一个自由度的关节按一定的次序连接在一起组成的，它类似于人手的简化型结构，一般被称为分离操作器(discrete

7、manipulators)【11，如图1-1所示。这样的机构主要适用于有简单障图1-1传统的分离操作器碍物的环境和依靠末端执行器对物体进行操作的情况。其局限性在于：智能性很低，在复杂环境中或者并不能由末端执行器对物体进行操作的情况下，操作臂会由于自由度较少而无法满足任务要求。冗余度机器人的多余自由度可以用来改善它的运动学和动力学特性，在完成特定任务的同时，达到回避奇异、避免障碍、增加灵活性、减小由于杆件和关节的柔性引起的振动以及最小化关节力矩等目的，因而冗余度机器人常被用作智能机器人的操作机。西南交通大学硕士研究生学位论文第2页超冗余度

8、机器人是一类具有更多或无穷多自由度的串联型机构。这类机器人在形态和动作上类似于生物界中的象鼻、天鹅颈或蛇等多节爬行动物。超冗余度机器人的串联式多节多自由度结构使得其具有极好的对环境的适应性和相容性，可以在高