基于六自由度关节式机器人的汽车大型覆盖件搬运轨迹规划研究

摘要

本文围绕着六自由度关节式机器人搬运汽车大型覆盖件的自身避障路径规划问题展开研究，主要的研究内容包括以下几个方面:
　　首先，以汽车大型覆盖件常用搬运机器人FANUC R2000iB为研究对象，根据机器人具体的连杆参数建立机器人的连杆坐标系。在建立好的连杆坐标系的基础上，分别对机器人正、逆运动学方程进行求解，建立机器人的运动学模型。
　　其次，针对机器人在运动过程中需考虑的碰撞问题，在分析比较AABB、OBB、k-DOPs以及包围球碰撞检测算法等方法基础上，提出椭球包围盒算法，该算法具有构造方法简单、紧凑性能好、灵活性等特点，应用在路径规划的碰撞检测中能得到良好的效果。
　　然后，由于典型的遗传算法、人工势场法、A*搜索算法的应用局限性和限制，提出了逐加步长搜索算法，并将该算法与椭球包围盒相结合进行机器人的自身避障路径规划，改善了逐加步长搜索算法在碰撞检测方面的不足。
　　最后，结合MATLAB和ROBCAD软件，建立FANUC机器人、工作空间、用椭球包围汽车前盖外板的虚拟仿真模型。仿真结果证明了算法的有效性，同时也说明了考虑自身避障的必要性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 汽车大型覆盖件搬运机器人

1．2 路径规划

1．3 国内外机器人路径规划研究现状

1．4 本文的主要研究内容

第二章 六自由度关节式机器人运动学

2．1 汽车大型覆盖件

2．1．1 汽车大型覆盖件的分类

2．1．2 汽车大型覆盖件的特点

2．2 汽车大型覆盖件的搬运

2．3 六自由度关节式机器人正运动学

2．3．1 连杆变换

2．3．2 机器人正运动学方程的建立

2．4 六自由度关节式机器人逆运动学

2．4．1 逆运动学的有关问题

2．4．2 逆运动学求解

2．5 本章小结

第三章 六自由度关节式机器人碰撞检测算法研究

3．1 碰撞检测算法分类

3．2 常用的包围盒类型

3．3 基于外部椭球包围盒的碰撞检测

3．3．1 外部椭球包围盒的构造

3．3．2 外部椭球包围盒的碰撞检测

3．3．3 外部椭球包围盒在机器人避障中的应用

3．4 内部椭球包围盒在六自由度关节式机器人自身避障中的应用

3．5 本章小结

第四章 六自由度关节式机器人路径规划的算法研究

4．1 机器人路径规划的常用算法

4．2 逐加步长搜索算法

4．2．1 基本概念

4．2．2 算法特性分析

4．2．3 评价函数

4．2．4 算法的步骤

4．2．5 算法的优势

4．3 逐加步长搜索算法与碰撞检测算法的结合应用

4．4 本章小结

第五章 六自由度关节式机器人路径规划仿真分析

5．1 虚拟仿真模型的搭建

5．1．1 创建机器人对象

5．1．2 FANUC R2000iB机器人工作空间仿真

5．1．3 碰撞检测仿真模型的建立

5．2 路径规划算法实现的方案研究

5．2．1 算法实现方案

5．2．2 算法流程

5．3 仿真结果及分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文工作内容的总结

6．2 论文中的不足及未来工作展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况