关键词：运动能耗;;轨迹规划;;引力因子;;避障路径;;机械臂
摘 要：随着人工智能的高速发展,人们对于机械臂的需求不仅仅只停留在能够完成所指定的工作任务,而且还要求其能够在保证工作质量的基础上尽可能的做到节能减排的要求,所以对提高机械臂的工作效率和改善其性能已成为机械臂研究的重点关注内容。为了充分发挥机械臂的性能,不仅要考虑到运动学和动力学原理,还有必要考虑摩擦力方面的影响。因此,本文以水平多关节SCARA机械臂为研究对象,通过改进机械臂轨迹规划中相关参数的获取方法以及加入摩擦力模型,研究其能量最优轨迹控制方法。同时在避障方面,本文提出一种基于人工势场引力因子的机械臂最短避障路径规划模型,通过构建并求解引力因子?_f,研究如何实现机械臂安全有效的避障问题。首先,本文阐述了研究基于有限性能关节的机械臂最优轨迹控制方法及其避障的背景和意义。介绍了国内外工业机器人的发展状况和轨迹规划的发展状况以及机械臂避障方面的研究。概述了运动学和动力学的理论,利用运动学和动力学相关知识建立机械臂的运动学方程和动力学方程,为后续轨迹规划奠定基础。其次,本文将具有有限性能关节的机械臂最优轨迹控制方法转化为非线性约束规划问题。通过设置关节力矩所消耗的能量与摩擦力的能耗总和作为能量优化目标,描述所受力矩约束的最优轨迹规划问题。设计离散网格对各个关节角度位移进行描述,进而再利用微分和动力学模型分别得到关节速度和力矩的连续性表达,利用非线性约束规划方法求解能量最优运动轨迹。最后,仿真实验验证了本文所提出的基于模型约束的能量最优轨迹规划求解方法的有效性,并为在有限动力下提高关节电机工作效率提供具有指导意义的结论。最后,本文通过分析人工势场算法基本原理,分析人工势场中各个参数的作用及其影响。提出了一种基于人工势场的机械臂最短避障路径规划模型,通过构建并求解引力因子?_f,实现机械臂最短避障路径。研究分析不同障碍物大小和位置的最优路径特征,并且以工业SCARA机器人的平面模型分析机械臂的关节角度路径特征。验证了该算法具有较好实时性,能够适应障碍物位置和大小的变化,满足机械臂末端以最短路径避障的要求。为机械臂避障研究提供理论意义,同时也为改进人工势场法提供分析思路。
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