基于任务的可重构机器人运动轨迹规划的研究

摘要

随着人们生活水平的不断提高，传统类型的机器人已经不能满足生产的需求，因此，可重构机器人的优势越来越明显，受到人们的重视。可重构机器人根据任务和环境的不同能够快速自动的改变构形，这一特点对于人们要求机器人在复杂、危险的作业环境下工作，提供了更加多元化的帮助。因此对其研究对于社会及人类的生产生活有十分重要的意义。
　　首先，对可重构机器人系统的运动建模。将可重构机器人模块划分为几种类型，根据每一种模块按照其特点及参数建立了可重构机器人模块库，用于查找和选择需要的机器人模块类型及参数，并且根据每种模块的不同，建立了各个模块的运动学模型和统一的能够自动建立的运动学模型，通过VC界面仿真实验，验证了运动学建模的方法的正确性。
　　其次，对可重构机器人的工作空间进行研究。根据工作空间求解过程中多连域的问题，按照构形平面的定义及划分方法，采用极坐标的形式，通过极大值和极小值的求解过程，给出了工作空间的求解方法，并且根据粗搜索和细搜索结合的方式自动求解了可重构机器人的工作空间。
　　再次，对可重构机器人的运动学进行求解。根据统一的运动学数学模型，建立起整个机器人的运动学模型，并通过仿真验证了该模型的正确性。通过研究加权的空间矢量投影的方法，求解出了空间矢量加权值，给出了空间矢量夹角与关节角的关系，解决了逆运动学求解的问题。
　　最后，研究了可重构机器人的轨迹规划问题。在分别介绍了典型的直线轨迹规划和圆弧轨迹规划之后，重点研究了样条曲线类型的轨迹规划的方法，通过给定曲线上的点即可得到样条曲线，并分别推导了三次 B样条曲线和五次 B样条曲线，并通过仿真实验验证了五次样条曲线的拟合效果更好及该方法的正确性。

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第1章 绪论

1.1可重构机器人研究的目的和意义

1.2可重构机器人发展现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 可重构机器人系统的运动建模

2.1可重构机器人模块的划分

2.2可重构机器人模块的运动学建模

2.3可重构机器人模块库的建立

2.4本章小结

第3章 构形平面的工作空间

3.1机器人的工作空间的基本概念

3.2可重构机器人构形平面的相关理论

3.3自动求解方法

3.4构形平面工作空间区间的搜索

3.5仿真实验

3.6本章小结

第4章 可重构机器人的运动学

4.1可重构机器人的正运动学

4.2正运动学仿真实验

4.3可重构机器人的逆运动学

4.4逆运动学仿真实验

4.5本章小结

第5章 可重构机器人的轨迹规划

5.1可重构机器人任务空间轨迹规划的研究

5.2关节空间轨迹规划

5.3仿真实验

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢