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多冗余度柔性机器人运动规划

刘林涛  
【摘要】: 柔性机器人的运动规划是机器人领域的重要前沿课题之一,具有重要的理 论意义和实用价值。利用冗余度机器人的冗余特性,可以使柔性机器人的运动 精度提高。以往的研究大都是针对单冗余度柔性机器人进行的,而涉及到多冗 余度的研究还是非常少的。 本文深入研究了多冗余度柔性机器人运动过程中的规划问题。由于多冗余 度机器人存在较大的冗余空间,因此更有利于获得最优解。本文在多冗余柔性 机器人动力学分析的基础上,从两个方面对多冗余度柔性机器人的运动进行规 划,充分显示了多冗余度在改善柔性机器人性能方面的优越性。 首先,研究以减小末端误差为目标的冗余度柔性机器人运动规划问题。采 用最小范数规划法、初始位形规划法、自运动规划法、初始位形和自运动同时 规划法,分别对具有一个冗余度的平面三柔性臂机器人和具有两个冗余度的平 面四柔性臂机器人进行规划。通过比较,说明在两冗余度的情况下,增大冗余 空间为最优解的获取提供了更大的可能。与单冗余度柔性机器人相比,两冗余 度柔性机器人具有更大的减小末端弹性误差的能力。 然后,研究在最小变形能意义下的冗余度柔性机器人运动规划问题。通过 分析,说明柔性机器人的变形能能很好地反映机器人整体弹性变形情况,因此 规划变形能对减小机器人弹性误差有着积极作用。文中以机器人系统的最小变 形能为目标,分别对具有一个冗余度的平面三柔性臂机器人和具有两个冗余度 的平面四柔性臂机器人进行运动规划。通过分析和比较,说明以最小变形能为 目标规划冗余度柔性机器人,能有效地改善机器人的性能,多冗余度在减小柔 性机器人变形能上比少冗余度更有优越性。


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