冗余機器人的運動學及軌跡規(guī)劃的研究.pdf

1、機器人的正逆運動學和軌跡規(guī)劃，始終是控制機器人運動并執(zhí)行各種任務的理論基礎。本文圍繞冗余機器人的逆運動學優(yōu)化求解以及軌跡規(guī)劃等問題，完成了如下兩大部分工作:
　　第一部分是冗余機器人的逆運動學解的求取及優(yōu)化問題（包括第二、三章）。為了提高計算速度以便在線應用，本文側重于以解析的形式獲取逆運動學的解。根據產生冗余問題的原因，將其分為兩類:由于機器人末端位姿約束不完整所帶來的冗余解優(yōu)化問題，以及由于機器人本身的自由度數目多于一般的任務

2、空間維度（通常為六自由度）所帶來的冗余解優(yōu)化問題。
　　第二章針對機器人末端位姿約束不完整所帶來的冗余解優(yōu)化問題，以一個六自由度的乒乓球機器人手臂為例，通過對機器人手臂在空間中的幾何構型以及各連桿之間的位置關系進行分析，以機器人手臂的動能最小為優(yōu)化目標，采用幾何解析方法對機器人手臂的末端執(zhí)行器姿態(tài)進行優(yōu)化求取，從而得到優(yōu)化后完整的末端執(zhí)行器的位姿矩陣，這是解決逆運動學問題的重要前提條件，然后可求得該機器人的逆運動學。
　　第

3、三章針對機器人本身的自由度數目多于一般的任務空間維度所帶來的冗余解優(yōu)化問題，以一個七自由度的空間宇航臂為例，根據它的三個相鄰關節(jié)軸互相平行的特殊結構，提出了一種基于旋量理論的解析形式的逆運動學解法，最終可用一個關節(jié)參數表示出所有的逆運動學解。然后給出了一種針對多解問題的通用的優(yōu)化方法，從而在該冗余機器人的所有逆運動學解中選取出給定目標函數對應的最優(yōu)解。
　　第二部分是冗余機器人的軌跡規(guī)劃問題（包括第四、五章）。根據給定的任務需求特

4、點，將其分為兩類:關節(jié)空間下的軌跡規(guī)劃，以及笛卡爾空間下的軌跡規(guī)劃。
　　第四章針對關節(jié)空間下的軌跡規(guī)劃問題，在滿足各種關節(jié)角速度、角加速度、jerk等運動學限制的條件下，求解任意初末狀態(tài)下的關節(jié)空間最小加速度的軌跡規(guī)劃。提出了完備的最小加速度軌跡規(guī)劃的求解方法，并給出了這種軌跡規(guī)劃問題的解存在的充分必要條件，同時在理論上證明了文中算法確實是最小加速度的軌跡規(guī)劃，此外還對規(guī)劃過程中的關節(jié)限位問題進行了處理。
　　第五章針對笛