六自由度机械臂路径规划的分析与设计

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1、分类号UDC密级193417Jir学位论文六自由度机械臂路径规划的分析与设计l‘作者姓名：贺淑娟}指导教师：张庆灵教授东北大学系统科学研究所申请学位级别：硕士学科类别：理学峰淼翟乞葛=：嬲和厨’{{!平阅人。荪恶碉l：砰够，’k■■r．}上l点己0上汀t’’i．-’p*，．{#t￡*V．j■—1II．．．●1J●■●—■J—ll●．●1．；；。艨。“斛∥，}“，lf【觑XlBJIf●矗0，灌曩署量贾霉0AThesisinOperationalResearchandCyberneticsAnalysi

2、sandDesignon6-DOFManipulatorPathPlanningbyHeShujuanSupervisor：ProfessorZhangQinglingNortheasternUniversityJuly2008}．●I■■■■■■●■，!一#二蠢F独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中

3、作了明确的说明并表示诚挚的谢意。学位论文作者签名：吻乙凇蝴签字日期：∥哆年7目学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。．．作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年口学位论文作者签名：经湘确导师签名：弛疋衣签字日期：刀够罕7日签字日期：动咨年7刁、＼；．；，i谣，，

4、／，；六自由度机械臂路径规划的分析与设计摘要机器人的轨迹规划在机器人的控制中具有重要的地位。避障路径规划问题在机器人学、超大规模集成电路(v】LsI)、地理信息系统等众多领域有着广泛的应用，其主要内容涉及环境表达、规划方法、路径搜索以及人工智能等多个学科。关于避障路径规划高效算法的研究长期以来一直受到人们的关注和重视，人们从多方面进行了探索和研究，虽取得了一些成果，但仍存在许多问题有待深入研究。论文以PUMA560型机器人为研究对象，建立了两个避障路径优化模型。本文首先给出了机械臂路径规划算法的理论

5、基础，并对一般6转动关节操作手的运动学方程作了介绍。以PUMA560机器人为例给出了其运动学解释及机械臂的运动学逆解过程，其后对几类具有代表性的机械臂路径规划算法作了分析，其中包括人工势场法、遗传算法、模糊逻辑法．避障路径规划问题是在具有障碍物的环境中，按照某个评价标准，如最短路径长度、最短行进时间、最小能量消耗等，规划一条从起始点位置到达目标点位置最优(或次优)的无碰(避障)路径。本文针对六自由度机械臂的避障路径规划的两个模型：模型1采用规则体包络对障碍物进行建模，把障碍物和机械臂映射到两个互相垂

6、直的平面内，将机械臂工作空间的三维问题转化为二维问题，并结合A幸搜索法，极大地减少了计算量，达到了规划要求；模型2采用蒙特卡洛法求出机械臂的可行位形空间，称为自由区域，根据一般随机路标法得到一个表示机械臂位形空间结构信息的路标，计算机械臂在各个位形下与障碍物之间的最小距离及转角耗散度，并将此信息加到逆向宽度优先搜索法所求的节点路标上，从而把路标转化为网格结构，基于此网络，在优化阶段给出了一个对路径进行安全性优化的数学模型。在文章的最后部分以PUMA560型机器人为对象给出了仿真，结果表明以上两个模型

7、分别达到了不同工作环境中对机器人的高效性和安全性的要求。关键词：运动学；路径规划；避障；搜索法；位形空间；智能方法、●●●●■■■■，l，I东北大学硕士学位论文AbstractAnalysisandDesignon6-DOFManipulatorPathPlanningAbstractRobot’Spathplanningplaysaveryimportantroleinthecontrolofrobotics．Ithasuniversalapplicationsinmanyfields，sucha

8、srobotics，designofVeryLargeScaleIntegratedcircuits(VLSI)，GIS，etc．Themaincontentsrelatetomanysubjectswhichincludesenvironmentrepresenting，planningmethod，pathsearchingandartificialintelligence．Researchersarealwayscaringformuchofthestudyof