五自由度举升平台避障路径规划的分析与研究

摘要

机器人是融合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学等多学科的结晶，在实际工程和生产实践中具有广阔的应用前景。本文以五自由度举升平台为研究对象，开展举升过程中的避障路径规划及相关技术研究，主要内容如下：
　　（1）首先探讨了国内外工业机械臂避障路径规划发展现状，然后结合工程应用需求，确定了本文基于五自由度举升平台的避障路径规划的研究内容及研究方法，为后续相关研究工作的有序开展打下基础。
　　（2）利用D-H参数法建立五自由度举升平台的数学模型，并利用齐次坐标变换完成举升平台的正运动学的计算。选择几何法求解举升平台的逆运动学。最后，借助举升平台正运动学的计算结果，运用蒙特卡洛法仿真出举升平台的工作空间。对举升平台运动以及运动范围的描述，为后续举升平台的轨迹规划和避障问题的研究做理论先导。
　　（3）研究五自由度举升平台的运动特性。分析了平台末端执行机构的速度、加速度特性，明确了雅可比矩阵的物理意义，开展了举升平台机构的奇异性分析，为举升平台的轨迹规划、避障等研究做理论先导。
　　（4）分别从关节空间和笛卡儿空间两方面对五自由度举升平台进行轨迹规划，对比关节空间内的三次和五次多项式轨迹规划两种算法的优劣，并且进行仿真验证，择其优；通过对笛卡儿空间上直线和圆弧轨迹规划算法的分析，并联合关节空间轨迹规划算法进行了仿真研究，得出仿真结果。为下一章平台避障的研究提供理论依据。
　　（5）采用关节空间和笛卡儿空间两个角度规划举升平台的避障路径。对于关节空间避障路径规划，利用构形空间法的空间映射原理，将工作空间的三维避障问题转换为平面机械臂避开障碍圆的问题，用临界碰撞关节角建立C-障碍空间的映射计算模型，获得封闭平滑的障碍域，即将工作空间的避障转换为构形空间连杆关节转角的计算；对于笛卡儿空间避障路径规划，根据障碍物的形状及位置，选择中间点使得各点连线构成的曲线路径避开障碍物。最后对两种避障方法进行仿真，对比分析仿真结果及两种算法的优劣，说明两种算法对于举升平台的避障都是可行的，利用构形空间法转换的关节空间避障路径规划更适合于平台避障路径规划的解析计算；但是在实际运动时，笛卡儿空间避障路径规划计算简单，更方便快捷。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景、目的和意义

1.2 国内外工业机器人的发展现状及趋势

1.3 国内外避障路径规划技术的发展现状

1.4 主要内容及研究方法

第二章 五自由度举升平台的运动学分析

2.1 举升平台机构的简介

2.2 举升平台机构的建模

2.3 举升平台的运动学分析

2.4 举升平台工作空间的分析

2.5 本章小结

第三章 五自由度举升平台的运动特性分析

3.1 引言

3.2 举升平台的微分运动

3.3 举升平台的运动特性分析

3.4 本章小结

第四章 五自由度举升平台的运动轨迹规划

4.1举升平台轨迹规划的定义

4.2举升平台轨迹规划任务及方案的提出

4.3举升平台的轨迹规划

4.4本章小结

第五章 五自由度举升平台的避障路径规划

5.1 引言

5.2 举升平台关节空间避障计算模型

5.3 举升平台关节空间的避障路径规划

5.4 举升平台笛卡儿空间避障路径规划

5.5 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研情况

致谢