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连续型机器人非结构化环境下运动规划算法研究

张云霄  
【摘要】:为了适应飞机油箱等越来越复杂的非结构化环境,设计了一种基于球铰连接和柔性支撑杆结合的线驱动连续型机械臂,连续型机器人具有多冗余自由度结构,具有连续性,柔韧性等特点,在非结构环境中具有极强的优越性。然而,由于其复杂的运动学,关节运动的耦合性,其运动路径规划和关节操纵控制是具有挑战性的任务。主要研究内容如下。(1)设计连续型机器人的结构和分析运动学模型。分析连续型机器人的空间映射关系,建立连续型机器人从工作空间到姿态空间再到绳长变化空间、驱动空间的映射关系,并进行了相关的仿真,验证理论的正确性。(2)设计基于路径拟合的连续型机器人路径规划方法,以飞机油箱建立仿真环境,完成连续型机器人路径规划方法。首先建立飞机油箱仿真环境,然后利用改进的RRT算法生成更加符合于连续型机器人模型的离散路径,设计路径拟合方法,根据油箱环境设计避障策略,能够更好地完成飞机油箱复杂环境中的路径规划任务,设计连续型机器人隔舱路径规划策略,完成连续型机器人隔舱路径规划任务。(3)搭建了连续型机器人三关节样机平台,设计连续型机器人整体控制系统,编写整体驱动和控制程序,设计连续型机器人控制模式,实现关节路径跟随控制和手柄操纵末端跟随控制,并在样机平台上进行实验,实现连续型机器人的操纵控制。


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