基于关节空间搜索的机械臂避障达点运动研究.docx

基于关节空间搜索的机械臂避障达点运动研究
基于关节空间搜索的机械臂避障达点运动研究
摘要
近年来，机械臂在工业自动化领域得到了广泛的应用。然而，在复杂环境下机械臂的避障和达点运动仍然是一个具有挑战性的问题。本文针对这一问题，提出了一种基于关节空间搜索的机械臂避障达点运动方法。
首先，我们基于机械臂的运动学模型建立了一个数学模型，并引入了障碍物的表示方法。随后，我们提出了关节空间搜索算法。该算法通过对机械臂的关节空间进行搜索，找到一条路径，使得机械臂能够避开障碍物并到达目标位置。在搜索过程中，我们采用了启发式算法来指导搜索方向和搜索步骤，以提高搜索效率。
为了验证该方法的有效性，我们进行了一系列的仿真实验。实验结果表明，基于关节空间搜索的机械臂避障达点运动方法能够在复杂环境下有效地完成任务，并且具有较高的避障成功率和达点准确性。
关键词：机械臂，运动规划，关节空间搜索，避障，达点运动
1.引言
机械臂是一种能够自主完成工业生产任务的多关节机器人。随着工业自动化的发展，机械臂在工业生产中的应用越来越广泛。然而，在复杂环境下，机械臂的避障和达点运动仍然是一个具有挑战性的问题。
机械臂的运动规划是实现避障和达点运动的关键。传统的运动规划方法一般基于笛卡尔空间，在三维空间中规划机械臂的运动轨迹。然而，这种方法需要对环境进行复杂的建模，并且很难处理复杂的障碍物形状和避障路径。因此，基于关节空间的运动规划方法受到了研究者的广泛关注。
2.方法
2.1机械臂的运动学模型
机械臂的运动学模型描述了机械臂的运动关系。我们通常使用Denavit-Hartenberg(DH)参数表示机械臂的关节位置和关节角度。根据DH参数，可以计算机械臂各个关节的位置和姿态。
2.2障碍物的表示
为了实现避障，我们需要对障碍物进行表示。通常情况下，我们使用障碍物的几何形状来表示。常见的表示方式有点云表示和网格表示。
2.3关节空间搜索算法
关节空间搜索算法用于在机械臂的关节空间中寻找一条避开障碍物的路径，并使机械臂能够到达目标位置。算法的输入为机械臂的初始关节角度和目标位置，输出为一条关节空间路径。
关节空间搜索算法的核心是寻找合适的搜索方向和搜索步骤。我们采用了启发式算法来指导搜索。具体来说，我们根据机械臂的当前状态和目标位置的相对位置，确定下一步的搜索方向和搜索步骤。同时，我们引入了剪枝策略，以提高搜索的效率。
3.实验结果
我们通过一系列的仿真实验来验证基于关节空间搜索的机械臂避障达点运动方法的有效性。在实验中，我们使用了ROS（RobotOperatingSystem）和Gazebo仿真环境来搭建实验平台。我们模拟了不同的障碍物形状和机械臂关节的初始角度，并对比了不同方法的性能。
实验结果表明，基于关节空间搜索的机械臂避障达点运动方法能够在复杂环境下有效地完成任务。与传统的基于笛卡尔空间的方法相比，该方法具有较高的避障成功率和达点准确性。此外，该方法还具有较高的搜索效率，能够在较短的时间内找到一条合适的路径。
4.结论
本文提出了一种基于关节空间搜索的机械臂避障达点运动方法。通过对机械臂的关节空间进行搜索，该方法能够在复杂环境下避开障碍物并到达目标位置。实验证明，该方法具有较高的避障成功率和达点准确性，并且具有较高的搜索效率。
未来的研究方向包括进一步改进关节空间搜索算法，提高运动规划的实时性和精确性。此外，我们还可以将该方法应用于实际机械臂系统中，进一步验证其在实际工业生产中的应用价值。
参考文献：
[1]LiY,LiuY,SuH.AJointSpacePlanningMethodforManipulatorObstacleAvoidancewiththeMinimumAnglesNorm[J].MechanicalEngineering,2018,40(18):2158-2163.
[2]ZhouT,PengY.RoboticManipulationTaskPlanningwithObstacleAvoidanceinJointSpaceBasedonSnake-LikeRobot[J].JournalofMechanicalEngineering,2019,55(22):1-6.