基于ROS的移动操作机械臂底层规划及运动仿真

摘要

移动操作机械臂作为新型的机器人，在家庭服务中发挥着越来越重要的作用，围绕其开展的技术研究也越来越多。本文主要对移动操作机械臂的仿真实验平台搭建及路径规划方法进行了深入研究，形成了自己的观点和方法。
　　本文首先对冗余自由度机械臂的运动学展开研究，其中机械臂的连杆坐标系建立及正向运动学较为简单，逆运动学的解决方法比较复杂。文中提出了手臂三角形平面的概念并通过控制其旋转角度求出了目标位姿下的关节角度。通过笛卡尔空间直线插值、圆弧插值以及自运动插值运动的方法验证了冗余机械臂逆解的正确性。
　　移动操作机械臂是集机械臂、移动平台、传感器的复杂系统，因此仿真要求比普通机器人更高。本文在开源机器人操作系统ROS下搭建了移动操作机械臂的仿真平台。利用开源动力学仿真器Gazebo对笛卡尔空间的插值运动进行了仿真，验证了仿真平台的有效性和可靠性。
　　路径规划是机器人运动首先需要解决的问题，移动操作机械臂在服务人类的过程中不免会遇到动态障碍物，因而机器人的路径规划将面临更加严格的挑战。本文通过改进传统的R RT算法并将其运用到动态环境中，实现了冗余自由度机械臂在动态环境下的自主规划。
　　在仿真实验环节，利用ROS及Gazebo仿真平台完成了基于Kinect的抓取水杯实验以及基于Kinect的开门实验。文章的最后一部分对动态RRT规划过程进行了测试，证明了本文动态R RT算法的可行性。

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第1章 绪 论

1.1课题来源

1.2课题研究的目的及意义

1.3国内外相关技术发展现状

1.4本文的主要研究内容

第2章 冗余机械臂运动学建模与分析

2.1引言

2.2机械臂正运动学

2.3机械臂逆运动学

2.4笛卡尔空间轨迹规划

2.5本章小结

第3章 基于ROS的仿真平台搭建

3.1引言

3.2 ROS基本介绍

3.3 ROS的基本组成

3.4机器人模型的导入

3.5 Gazebo动力学仿真器

3.6本章小结

第4章 高维空间RRT规划及动态规划

4.1引言

4.2传统RRT算法

4.3 RRT算法

4.4静态RRT算法实验

4.5动态RRT算法实验

4.6本章小结

第5章 控制器设计及仿真实验

5.1引言

5.2 Gazebo控制器设计

5.3仿真平台验证实验

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及其它成果

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致谢