花都登高维修车出租,   花都登高安装车出租,  花都登高车出租       冗余机械臂相较于传统工业非冗余机械臂更加灵活、对环境适应性更强，且能够完成非冗余机械臂完成不了的任务，因此研究冗余机械臂的路径规划问题具有重要意义。但冗余的特性也导致其无通用的逆运动学求解方法、路径规划难度更大，大胃多数研究成果也只适用于静态环境下的规划问题，不满足日益增长的灵活性需求。而工程机械由于模型简单在动态环境下的路径规划问题上研究较成熟，因此研究工程机械动态避障规划算法具有借鉴意义。基于以上原因本文以工程机械的动态避障规划算法为基础，以冗余机械臂为研究对象，研究其在动态环境中的避障规划问题，其中动态环境指机械臂工作环境中既存在动态障碍物又存在静态障碍物，同时目标也可能运动。主要完成的工作如下：

            研究对象的建模。本文研究的冗余机械臂为链式连杆结构，因此可以使用通用的ＤＨ参数法建立机械臂正运动学模型。对于冗余机械臂逆运动学模型，有解析解法和数值解法两种求解方法。解析解法求解速度快、计算复杂度低、可以求得所有解，但需要添加条件从所有解中选择最优解，且该方法只适用于具有特定构型的机械臂。数值解法通过迭代求解，求解速度慢且只能得到唯一解，但该方法较为通用，适用于所有机械臂。本文在冗余机械臂逆运动学求解方法上依据不同的动态避障规划算法进行选择。动态避障规划算法选择。工程机械大多数情况下是做平面规划，自由度较低，因此许多规划算法都能实现工程机械的在线规划，但随着自由度的增加这些算法的计算复杂度也增加，因此许多适用于工程机械的动态避障规划算法并不适用于机械臂。

      人工势场法和快速搜索随机树法是两种被证明适用于高自由度的规划算法。其中人工势场法常构建于机械臂构型空间，此时机械臂可作为一个质点，则所有适用于工程机械的人工势场法都可用于机械臂。但高自由度机械臂的构型空间因为计算复杂度过大而无法构建，因此传统人工势场法无法直接用于冗余机械臂。快速搜索随机树法由于需要采样节点构建搜索树，且在进行碰撞检测时需要进行笛卡尔空间和机械臂关节空间的转换，因此总体来说计算复杂度过高，常用于静态环境下的规划，此外机械臂目标状态的不确定性也给该算法在动态环境下的运用带来了困难。

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          改进人工势场法。人工势场法结构简单、易于实现、计算复杂度低，因此该算法适用于动态避障规划问题。为了规避机械臂构型空间因计算复杂度过高而无法构造导致无法使用人工势场法的问题，本文提出了一种改进的人工势场法。直接在笛卡尔空间构建人工势场，在目标位置构造吸引势场，在障碍物位置构造排斥势场。吸引势场产生的吸引力只作用于机械臂末端，排斥势场产生的排斥力作用于机械臂于障碍物的最近点处，并根据动力学定律分别产生吸引速度和排斥速度。本文通过直接定义两种速度，并利用冗余机械臂逆运动学雅可比矩阵求解法将两种速度映射到机械臂关节空间进行矢量合成，从而将人工势场法用于高自由度冗余机械臂动态避障规划。对于机械臂无法避开运动速度过快的障碍物的情况，本文引入Ｐｉｖｏｔ算法，改变排斥速度方向，使机械臂垂直于障碍物运动方向运动，从而达到避障的目的。

          对于人工势场法中无法避免的局部极小值问题，本文通过添加虚拟障碍的方法来解决。最后利用半实物仿真实验证明该算法的有效性。改进快速搜索随机树法。人工势场法是一种高效易于实现的动态避障规划算法，对编程语言和计算机硬件要求都较低，但该算法容易使机械臂在靠近障碍物运动时抖动，且无法预先得到一条轨迹，因此本文提出了一种改进的快速搜索随机树搜索算法，包括离线规划和在线规划两部分。如前文所述将快速搜索随机树算法用于冗余机械臂时存在目标不确定性问题，本文首先利用冗余机械臂逆运动学的解析解法结合人工势场法确定最优目标状态，然后以该目标状态为目标构建搜索树，该步骤在离线规划中完成。在线规划时可利用己经构建好的搜索树根据机械臂当前状态切换根节点，并根据当前环境进行扩展和重新布线，实时得到一条从当前状态到目标状态的路径，从而达到动态避障的目的。对于可能存在动态障碍物遮挡目标状态的情况，可利用离线规划中选择最优目标状态的方法重新选择当前环境下的最优目标状态用于路径搜索。最后利用半实物仿真实验证明该算法的有效性。

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