工业机器人轨迹追踪、避障的几何动力学与控制方法

【摘要】：本文提出一种基于几何动力学与控制模型的工业机器人轨迹追踪、避障算法。我们将机械臂轨迹追踪、避障问题转换成黎曼流形M中的一个粒子相应的运动规划问题。当机械臂与障碍物最近一点距离小于安全距离时,引入虚拟点作为"吸引子",对机械臂产生虚拟引力,引力方向与机械臂运动方向张成二维平面。我们在平面中选定机械臂回转力方向(如图1所示),并对机械臂添加回转力进行避障处理。由于上述推导与坐标系的选取无关,我们利用正运动学方程的动态逆解法,结合回转力,在机械臂的工作空间中求解轨迹追踪与避障控制律,并在机械臂的关节空间中进行相应处理,具有容易处理关节角度约束与避免运动学逆解奇异性问题等优点。最后,本文以平面二连杆机器人为例,利用上述方法得到轨迹追踪、避障算法,并通过Matlab GUI仿真模拟,验证所提算法的有效性及鲁棒性。