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曲面工件超声检测的逆运动学及路径规划研究

马华栋  
【摘要】:超声无损检测方法广泛应用于各种材料的缺陷探伤,而实现复杂曲面工件的自动超声检测,是近年来国内外超声检测领域的前沿课题。本文结合曲面工件自动超声检测系统开发的技术需求,对检测机器人逆运动学及路径规划问题进行了较为深入的研究。 第一章阐述了课题的背景和研究意义,介绍了曲面工件超声检测技术、机器人逆运动学及路径规划研究现状,明确本论文的主要研究内容和章节安排。 第二章针对检测机器人的路径规划,分析了栅格建模法、基于层次包围盒的碰撞检测方法及A*启发式搜索算法。 第三章对具有冗余特性的检测机器人逆运动学问题进行研究。检测机器人运动学建模是自动化超声测量和检测的基础。分析了检测机器人的机械结构,建立检测机器人的运动学方程。在此基础上,提出两种基于固定关节角法和代数法相结合的逆运动学解法,讨论了这两种解法的求解步骤、优缺点及应用场合。最后通过实验从精度和计算时间两个方面验证了本章逆运动学解法的有效性。 第四章对检测机器人的最短无碰撞路径规划进行研究。为避免超声探头在长距离运动时与工件发生碰撞,提出一种检测机器人最短无碰撞路径规划方法。借助栅格法和基于层次包围盒的碰撞检测方法建立检测机器人的工作环境模型,然后利用A‘算法搜索出一条超声探头从起始空间位姿到目标空间位姿的最短无碰撞路径。最后用一系列实验测试了上述方法,并对该方法的关键参数进行对比分析。 第五章对全文的工作进行总结,提出进一步的工作设想。


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