【摘 要】
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在“中国制造2025”的背景下,我国制造业掀起了以机器人智能化为核心的研究浪潮。六自由度机械臂因为其可靠性高、通用性强等特点在制造业中被广泛运用,可是由于机械臂所在的工作环境里存在诸多不确定的因素,如何为机械臂规划出一条从起点到终点的无碰撞路径是机械臂研究方向的重难点问题。针对这一课题,本文以六自由度机械臂为研究对象,提出一种结合改进人工势场算法（Artifical Potential Field
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在“中国制造2025”的背景下,我国制造业掀起了以机器人智能化为核心的研究浪潮。六自由度机械臂因为其可靠性高、通用性强等特点在制造业中被广泛运用,可是由于机械臂所在的工作环境里存在诸多不确定的因素,如何为机械臂规划出一条从起点到终点的无碰撞路径是机械臂研究方向的重难点问题。针对这一课题,本文以六自由度机械臂为研究对象,提出一种结合改进人工势场算法（Artifical Potential Field Algorithm）和逆运动学求解方法的避障路径规划方法,主要研究内容如下:（1）采用标准D-H法对六自由度机械臂进行表示和建模,并用数学公式推导出正运动学与逆运动学方程,通过MATLAB仿真软件对模型与方程的正确性进行仿真验证。（2）为了分析机械臂在工作空间中进行路径规划时生成的路径节点对应的关节角度值,提出一种改进的布谷鸟算法HCS（Halton Sequence of Cuckoo Search Algorithm）用于求解逆运动学问题。仿真结果表明该方法相比于经典布谷鸟算法和其衍生算法以及其他群智能算法的求解速度以及求解精度更高。（3）针对机械臂与障碍物的碰撞检测问题,设计了基于简化后圆柱体与球体包络法的碰撞检测算法。然后提出了一种改进的人工势场算法,使得算法综合性能得到提升。在机械臂的工作空间内,实现改进人工势场法的三维路径规划,并利用三阶贝塞尔曲线对路径进行平滑处理,通过逆运动学求解得到机械臂运动过程中最优关节转角组合,实现避障路径规划。（4）利用三维建模软件Solidworks与运动仿真软件Adams建立机器人虚拟样机,对本文所提出的避障路径规划方法进行仿真实验,并搭建实物平台进行动作演示,与仿真实验结果做误差对比分析。经实验验证,本文提出的避障路径规划方法能够使机械臂在自身连杆与末端执行器都避开空间障碍物的情况下,实现最优路径规划。
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