基于脊线模态法和RRT算法的蛇形机械臂避障控制研究

摘要

相较于传统机械臂,蛇形机械臂具有高灵活性的优势,尤为适合各类非结构化的工作环境.但非结构环境要求蛇形机械臂具有更强的避障能力和适应性.为解决蛇形机械臂的避障轨迹规划问题,提出了一种基于脊线模态法和快速扩展随机树(RRT)的控制算法.分析并建立其运动学模型,研究了机械臂各关节角度变化与绳索长度变化的关系.采用脊线模态法得到了机械臂末端满足期望位姿的空间脊线,并利用二分法拟合空间脊线,由此获得蛇形机械臂的逆解.与经典的雅可比迭代法相比,脊线模态法具有计算简单、效率高、充分反映机械臂几何特征的优点.在脊线模态法的基础之上,对于存在碰撞的空间脊线,进行部分关节调整,生成一条新的无碰撞的期望空间脊线.采用无需建立空间模型的RRT算法生成绕过障碍的轨迹.最后在Matlab环境下进行仿真,分析角度绳长变化关系,对脊线模态法和避障轨迹生成进行验证.