【摘 要】
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偏置式七自由度机械臂具有运动灵活、工作空间大的优点,在工业、协作、航天等领域中有着重要应用。但偏置构型与冗余自由度也导致该类机械臂存在逆运动学求解困难、连杆之间易碰撞、运动规划速度慢的问题,为此,本文研究偏置式七自由度机械臂的运动学、碰撞检测与运动规划技术。针对偏置式七自由度机械臂逆运动学算法耗时、多解选择困难等问题,提出了基于LM算法（Levenberg-Marquarelt）的探测拟合法,通过
【基金项目】
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国家重点研发计划“网络协同制造和智能工厂”项目：高效精密数控机床产业集聚区域的网络协同制造基础技术研究与应用示范（2019YFB1707300）； 广东省珠江人才创新团队：智能测控技术创新团队（2017ZT07G493）； 东莞市创新团队项目：智能机器人总线式控制及伺服驱动系统成套产品开发及产业化（201536002100026）
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偏置式七自由度机械臂具有运动灵活、工作空间大的优点,在工业、协作、航天等领域中有着重要应用。但偏置构型与冗余自由度也导致该类机械臂存在逆运动学求解困难、连杆之间易碰撞、运动规划速度慢的问题,为此,本文研究偏置式七自由度机械臂的运动学、碰撞检测与运动规划技术。针对偏置式七自由度机械臂逆运动学算法耗时、多解选择困难等问题,提出了基于LM算法（Levenberg-Marquarelt）的探测拟合法,通过引入臂型角的概念,解决逆运动学中关节空间维度高的问题;研究探测点集的生成与择优方法,有效提高了LM算法的迭代速度;设计了关节属性划分方法,保证运动学逆解的求解一致性。偏置构型的机械臂在运动中更易发生碰撞,为保证机械臂运动安全,研究静态干涉检测技术与动态碰撞检测技术。采用扫描实体法,检测各连杆运动过程中扫描形成的空间几何体,避免动态碰撞检测中的漏检现象。针对传统运动规划方法规划效率低、路径冗余的问题,提出一种基于多目标形位和贪婪策略的改进bi-RRT算法（Multi-target Greedy Bidirectional Rapidly-exploring Random Tree,MTGB-RRT）,有效提高两颗树的搜索速度。提出一种基于双向遍历的路径优化算法,实现快速剔除路径中的冗余点。多项式过渡的线性轨迹规划中过渡段无法穿过关键路径点,存在碰撞风险,本文采用添加伪中间点的方法保证机械臂运动安全。搭建TB7-R3机械臂实验平台,经仿真与实验验证,改进蒙特卡洛法计算得到的工作空间容积相较于改进前提高7.96%;探测拟合法在最大误差小于1×10-8mm时,其平均求解时间为102us;MTGB-RRT算法寻路时间相较于改进前降低19.72%。
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