高维空间机器人运动规划算法研究

摘要

本文研究多臂空间机器人系统捕捉目标的运动规划,提出适合高维机器人的运动规划算法.空间机器人运动规划算法分两大类工作空间环境进行研究.首先,针对只具有障碍物的工作空间的空间机器人运动规划问题,分析基于可视的Visibility-PRM算法,并且针对算法存在的不足(如复杂工作空间连通性差,狭长障碍物两侧点难以连通等问题),提出了基于障碍物边界采样改进的Obs-Visi-PRM算法,改进后的算法连通性能好,碰撞检测频率低,并且适用不同复杂程度的工作空间.再次,针对具有障碍物和危险区域的机器人工作环境,提出分层的运动规划方案.第一层次采用Visibility-PRM算法进行粗略采样,第二层次采用基于障碍物边界补充采样连接的Obs-Visi-PRM算法,第三层次根据需要采用PRM的改良算法.改进后的算法适合解决不同复杂程度的具有危险区域的空间机器人运动规划问题.冗余度小,碰撞检测次数少,算法效率高.两类算法经过实例分析与验证,证明算法的有效性.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1机器人运动规划概述

1.2空间机器人运动规划的发展

1.3本文研究内容

1.4论文组织结构

第二章空间机器人运动规划框架

第三章机器人运动规划模型

3.1模型体系结构

3.2机器人模型

3.2.1坐标系的定义

3.2.2位姿空间

3.2.3机器人几何模型

3.2.4机器人运动学/动力学模型

3.3工作空间模型

第四章PRM算法及改进

4.1基本PRM算法

4.2 VISIBILITY-PRM算法

4.2.1 Visibility-PRM算法的提出

4.2.2 Visibility-PRM算法的构造

4.2.3 Visibility-PRM算法分析

4.3基于障碍物边界采样改进的OBS-VISI-PRM算法

4.3.1 Obs-Visi-PRM算法的提出

4.3.2 Obs-Visi-PRM算法框架

4.3.3 Obs-Visi-PRM算法实现要点

4.4碰撞检测

4.4.1几何模型

4.4.2常用碰撞检测方法

4.4.3 Lin-Candy算法

4.4.4 OBBTree算法

4.5实例与分析

4.5.1 Roadmap的构造

4.5.2 Obs-Visi-PRM算法规划实例

4.5.3三维仿真平台仿真实例

第五章分层运动规划算法

5.1具有危险区域和障碍物的工作空间特点

5.2 C空间的划分

5.3分层规划策略的提出

5.4各层次算法的选择及其算法改进

5.5实例与分析

5.6路径修正与优化

5.6.1路径修正

5.6.2路径优化

第六章结论与展望

参考文献

致谢