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基于运动学的移动机械手协调路径规划的研究
其他题名Research on Coordinated Path Planning of Mobile Manipulator Systems
李新春
学位类型工学博士
导师易建强
2006-05-27
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点中国科学院自动化研究所
学位专业控制理论与控制工程
关键词移动机械手 路径规划 运动学 概率路图法 快速随机搜索树 Mobile Manipulator Path Planning Kinematics Prm Rrt
摘要摘 要 移动机械手由一个或若干个机械手和一个移动平台组成,机械手安装于移动平台之上,这种结构既具有移动机器人的移动性又具有机械手的可操作性,因此其应用范围要比单独的移动机器人和机械手大得多。如何协调移动平台和机械手两个子系统来更为合理、高效地完成给定任务无疑将具有重要的理论意义和实用价值。本文以移动机械手系统为背景,结合国家自然科学基金项目“移动机械手的协调运动规划与控制”(60475030)和国家科技部国际重点合作项目(2004DFB02100),在运动学的基础上对移动机械手协调规划问题展开研究。 首先,对移动机械手系统及其规划与控制问题进行了介绍,综述了国内外对移动机械手系统和路径规划问题的研究进展,并阐述了选题背景和论文主要内容。 其次,结合实验室中实际的全方位移动机械手系统,分析了系统的体系结构、性能及控制系统框图等,并分析了这种设计结构的合理性。 第三,建立了运动学方程并进行了深入分析。将机械手可操作度的概念推广到移动机械手,定义了广义可操作度。建立了基于全方位移动平台的移动机械手的广义运动学模型。在广义可操作度概念的基础上,分析了全方位移动平台对机械手奇异位姿、可操作度及方向可操作度的影响,并与受非完整约束的差分移动平台对机械手的相应影响进行了比较。 第四,通过Visual C++及OpenGL,建立了移动机械手路径规划的三维仿真平台,可以检验路径规划策略的正确性及合理性,使仿真过程更加生动形象。 第五,参考人类完成任务时的行为,提出了一种分级协调路径规划法,对移动机械手的路径进行离线规划,通过移动平台的姿态与机械手进行协调,使移动机械手既可以回避静态障碍,又能够使性能指标达到最优。 第六,针对移动机械手末端任务给定的情况,提出了一种较为通用的解决方法。这种先以扩展的PRM法离线进行全局的静态规划,再结合动态避障策略和局部规划算法在线对路径进行动态调整的方法使得移动机械手能够在复杂的环境中完成给定的任务,对移动机械手的实际应用有一定的指导作用。 最后,对取得的研究成果进行了总结,并展望了需要进一步研究的工作。
其他摘要Mobile manipulators consist of a mobile platform and one or more manipulators mounted atop the platform. This structure combines the mobility of the mobile platform with the manipulability of the manipulator. Hence, the applications of the mobile manipulators will be more extensive than that of the manipulators. Obviously, it is very significant in both theory and application to study the coordination problem of the platform and the manipulator to accomplish given tasks more reasonably and effectively. In this dissertation, the kinematics and coordinated path planning problems of mobile manipulators are studied extensively. The research is supported partly by National Science Foundation of China “Coordinated Motion Planning and Control of A Mobile Manipulator” (Grant No. 60475030) and International Cooperation Key Project of Ministry of Science and Technology (Grant No. 2004DFB02100). Firstly, mobile manipulator systems and their planning and control problems are introduced. Secondly, based on the actual omnidirectional mobile manipulator in the lab, the system configuration, capability, movement control and control diagram of the mobile manipulator are elaborated. Thirdly, the kinematics of the mobile manipulator is set up. Fourthly, based on the kinematics of the omnidirectional mobile manipulator in our lab, a 3D path-planning simulation platform is set up by Visual C++ and OpenGL. Fifthly, aiming at the dynamic nonhomogeneity and kinematic redundancy, making reference to the actions of human beings, a new coordinated and hierarchical path planning approach for mobile manipulators are proposed, by which the mobile manipulator can avoid static obstacles and exert its capability to the utmost. Sixthly, a novel approach for dynamic path planning for a mobile manipulator whose end-effector must travel along a given path is presented. Finally, the obtained results are summarized and future work is addressed.
馆藏号XWLW1038
其他标识符200318014602976
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/5911
专题毕业生_博士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
李新春. 基于运动学的移动机械手协调路径规划的研究[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院研究生院,2006.
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