分析机械手避碰路径规划计算机辅助设计与模拟

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1、分析机械手避碰路径规划计算机辅助设计与模拟机械手避碰路径规划计算机辅助设计与模拟论文导读：本论文是一篇关于机械手避碰路径规划计算机辅助设计与模拟的优秀论文范文,对正在写有关于障碍物论文的写有一定的参考和指导作用,的策略计算出各杆臂的关节角度，可避开复杂的逆向运动学计算。最后，本文使用MATLAB软件构建机械手臂与障碍物的三维实体模型，并读取程序计算所得的各杆臂关节角度，进行机械手臂的避碰运动模拟。使用MATLAB软件进行模拟仿真，可在视觉上再度验证避碰路径的可行性。　　1机械手臂的运动学　　机器人运动的制约就是制约机器人各连摘要：本文以离线运动规划

2、方式，使用计算机程序搜寻二维机械手臂的避碰路径的平面直角坐标，以便迅速且合理地求得与避碰路径对应的手臂关节角度。在避碰搜寻过程中，以基本的几何形体代替机械手臂与障碍物的外形来检查手臂的各杆臂是否与障碍物发生碰撞的现象。最后，使用MATLAB软件建立机械手臂与障碍物的实体模型，并读取由程序所产生的关节角度，以进行机械手臂的避碰运动模拟，同时提供视觉上验证避碰路径的可行性。　　关键词：机械手臂；避碰路径规划；计算机辅助设计　　：ADOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2013.06.024　　0引言　　在工厂自动化的过程中，机械手臂

3、的应用十分广泛，从简单的工件搬运到复杂的精密加工定位皆可胜任。除了高品质、高效率的工作能力外，对于粗重、单调、甚至于危险、恶劣环境下的工作，机械手臂更是能代替人员进行，以减少对人员的伤害。然而，一般在机械手臂的工作环境中，难免会有障碍物的存在，若要完成指定的工作，势必要避开障碍物。因此，如何使机械手臂避开障碍物的路径规划，将显得颇为重要。　　关于机械手臂避碰路径规划，已有不少学者提出各种策略，可归纳整理如下[1]：1）阶层路径搜寻法（Hierarchical-path-search）：利用四元树（Quadtree）将障碍物影象分成等分区域，每个区域

4、都用一个节点来表示，而其中节点包括障碍物节点（obstaclenodes）与自由节点（freenodes），障碍物节点表示障碍物存在的区域。利用这些自由节点产生一树状结构图，设计者可根据此树状图做轨迹规划的工作，找出最佳的路径。2）能量场法（Potentialfield）：此策略的观念是将机械手臂置于一力场中做分析，此力场中有排斥力与吸引力两种力的力场，所有的路径规划，就在此两力的互相作用下进行。3）可通过空间法（Freespace）：先扫描整个工作空间以找出无障碍物的空间，利用障碍物边界及工作空间边界定义出广义锥形体（generalizedcon

5、e），如物体沿此锥形体的中心线移动而不与障碍物发生碰撞，就将此圆锥体列入可通行空间，而整个可通行的空间就以这些重叠的圆锥体来表示。4）架构空间法（Configurationspace）：将机械手臂各轴的状态，用轴空间来表示，对n个自由度的机械手臂而言，其在架构空间的位置则用n维向量来表示它。设计者可在机械手臂的活动空间内，对非障碍物的区域进行路径规划。5）可视图法（Visibilitygraphalgorithm）：此策略是将原障碍物边界扩大后所得到的新的障碍物，称此线段为连接杆。连接起点与终点的连续连接杆的集合形成了一安全路径，而所有安全路径所形

6、成的图形即称为可视图。此种策略限于处理多边形障碍物，无法处理圆形或其他圆滑外形的障碍物。（六）距离图示法（DistanceMaps）：此策略是先定义距离单位，并将其离散化。整个工作区域以数个区间表示，除了障碍物的区间以0表示外，其余区间以一个整数来作为标记，标记的整数值表示与障碍物的距离，其数值愈小表示距离障碍物的距离愈小，而设计者即可依据此数值进行路径规划的工作。本文以一个全为转动关节的三连杆机械手臂为例，并将障碍物机械手避碰路径规划计算机辅助设计与模拟由优秀站.zbjy.提供,助您写好论文.以基本的几何形体加以描述，以作为本文所使用的模型。在路

7、径规划上，本文运用了距离图示法的概念并加以简化，其做法为省略了对工作区域的离散化，以及定义工作区域的距离单位的步骤，而直接找出障碍物的碰撞区间，并将障碍物离散化成适当的节点。因此，运用这种策略便于运用碰撞检查法检查手臂各杆臂与障碍物四周搜寻无碰撞的坐标点位置。本文同时使用平面剖析的策略计算出各杆臂的关节角度，可避开复杂的逆向运动学计算。最后，本文使用MATLAB软件构建机械手臂与障碍物的三维实体模型，并读取程序计算所得的各杆臂关节角度，进行机械手臂的避碰运动模拟。使用MATLAB软件进行模拟仿真，可在视觉上再度验证避碰路径的可行性。　　1机械手臂的

8、运动学　　机器人运动的制约就是制约机器人各连杆、各关节等彼此之间的相对位置和各连杆、各关节的运动速度以及输出力的大小，这就