柔性关节机械臂避障路径自动控制数学建模_潘莉英.pdf
《柔性关节机械臂避障路径自动控制数学建模_潘莉英.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《柔性关节机械臂避障路径自动控制数学建模_潘莉英.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷第期 年月 收稿日期:作者简介:潘莉英(),女,陕西大荔人,硕士,副教授,研究方向为应用数学、数学教育。柔性关节机械臂避障路径自动控制数学建模潘莉英(陕西省宝鸡教育学院数学系,陕西 宝鸡 )摘要:针对柔性关节机械臂在避障完成后位姿与目标位姿存在一定偏差的问题,提出柔性关节机械臂避障路径自动控制数学建模方法。将五次样条曲线作为柔性关节机械臂避障路径规划的基础,在避障任务中引入速度修正项,通过关节角和关键点避障速度确定速度修正项取值。建立避障路径自动控制数学模型,利用该模型控制柔性关节机械臂在到达目标位置过程中实现障碍物精准规避,完成柔性关节机械臂避障路径自动控制。实验结果表明,所提方法能够
2、减小位姿误差,平稳关节波动,实际应用效果较好。关键词:柔性关节机械臂;避障路径自动控制;数学建模;样条曲线;速度修正项中图分类号:文献标志码:文章编号:()(,):,:;引言随着科技不断进步,在各行各业中现代机器人已经能够为人类提供服务。其中,依据仿生学和机器视觉发明的柔性空间机器人受到国内外学者的广泛关注,因其质量轻、效率高、适应性强和灵活性高等多种优点使其显现出巨大发展潜力,柔性关节机械臂被广泛应用于航空航天、医疗、军事和柔性制造等多个领域中。因此,对柔性关节机械臂的轨迹自动跟踪和避障路径自动控制等方面深入研究具有深远价值与意义。朱战霞等将碰撞情况表示为直线段与球体的潘莉英:柔性关节机械臂
3、避障路径自动控制数学建模智能制造相对位置关系,运用正向运动学原理将关节参数化,转变路径规划问题为参数优化问题,结合柔性关节机械臂姿态和避障情况构建目标函数,并采用粒子群算法求解目标函数,完成柔性关节机械臂避障路径控制;熊志金等通过柔性关节机械臂运动模型获取机械臂运动状态速度和加速度公式并加以约束,采用径向基函数神经网络逼近误差,优化滑模控制器,实现柔性关节机械臂避障路径控制;郭新兰通过建立全部状态向量集合和其中每个向量对应动作集合,引入 神经网络优化 算法,以关节旋转角和连杆空间移动距离最小为原则建立柔性关节机械臂避障路径控制算法。以上方法在避障过程中没有对路径持续修正,导致位姿误差和关节波动
4、大。为了解决上述方法中存在的问题,提出柔性关节机械臂避障路径自动控制数学建模方法。柔性关节机械臂避障路径规划采用五次样条曲线规划柔性关节轨迹。获取组柔性关节机械臂在任务中形成的运动轨迹并将轨迹离散化处理,得到对应空间位置点,引入逆运动学原理求解柔性关节机械臂各关节对应的位置矢量,记作,表示第个位置点,表示位置点总数,建立位置与对应时间的序列(,),用表示第个控制顶点矢量,柔性关节机械臂轨迹服从中全部位置的时间约束,通过累计弦长参数法归一化时间节点得到五次样 条 曲 线 轨 迹 定 义 域 节 点 向 量 集,对应节点向量为 ()和为不同条件下时间节点变化值;为上一位置点节点矢量;,。从而得到用
5、于插值的个数据点的五次样条轨迹曲线方程()为(),(),(),(),(),()(),()为五次规范 样条基函数。将曲线定义域,内的全部节点分别代入式(),得到符合插值条件的个方程()为(),()()由以上条件可知,五次样条曲线还需设置另外个附加条件:特定轨迹关节角初始和终止速度、与加速度、,个参数分别为初始位置的一阶导数、二阶导数和终止时刻的一阶导数、二阶导数,计算式为 ,(),(),(),()()为系数矩阵;为控制点矩阵。顶点方程,通过拆分控制点坐标可得到每点对应的时刻和关节角值,采用和描述关节节点(,)。样条曲线的分段连续性质能够使柔性关节机械臂依据型值点在指定时刻到达相应位置,实现路径的
6、自动规划。柔性关节机械臂避障路径自动控制优化数学建模为了实现柔性关节机械臂自动避障,需要在五次样条曲线规划的路径中引入速度修正项,柔性关节机械臂速度修正项选取是避障工作成功的关键,为了满足成功避障的要求,速度修正项需要满足以下个条件:速度修正项使柔性关节机械臂偏离原本路径完成避障。速度修正项在避障全过程中积分为,且到达目标位置过程中实现障碍物精准规避。假设用参数变量对应连续变化函数表示五次样条曲线规划路径中的关节角值,()表示避障速度修正项函数,()表示修正前关节角值,()表示经()修正后的关节角值,表示在变化中的单位步长,?表示五次样条曲线中第段时间长度,()计算公式为()()()?()为了
7、服从条件,()需满足()()()其他 ()()?()()()为()的一阶导数;为开始避障时刻;为避障总时间均值;?为关节角避障速度。为使避障速度修正项在完成一次避障时积分为,需满足 ()()()中?应根据柔性关节机械臂所处构型和关键点避障速度综合取值,具体步骤如下所述。在笛卡尔空间中确定的值。根据柔性关节机械臂所处构型求解碰撞关键点的雅可比矩阵及其伪逆。采用逆运动学原理映射至关节空间中。根据以上步骤可得到?为?()为使()长度与()一致,代入式()使其他关节角速度为,依据式(),将求解?问题转换为求关键点解。的求解应结合柔性关节机械臂此刻速度和障碍物相关信息,用表示关键点,表示障碍物半径,表示
8、障碍物中心,通过到的矢量和此时速度矢量建立避障平面,如图所示。图关键点避障图中,和 分别表示柔性关节机械臂避障阈值和安全距离。在柔性关节机械臂执行任务过程中,若识别到与之间距离,则控制柔性关节机械臂开启自动避障;若识别到 ,则控制柔性关节机械臂停止任务执行。将分解为障碍物半径方向分量和障碍物切线方向分量,求解需服从以下个条件。偏离障碍物继续工作任务,即不能为。为避免关节角加速度波动过大,不能为。用表示避障速度幅度值,结合以上条件,得到为()根据式()和式()建立避障路径自动控制数学模型,具体流程如下所述。建立避障路径自动控制数学模型,用模型 取值表示柔性关节机械臂避障情况,表示柔性关节机械臂避
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 柔性 关节 机械 臂避障 路径 自动控制 数学 建模 潘莉英
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。