【摘 要】
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随着机械臂驱动系统性能的提升,机械臂的应用变得更加广泛,已经被应用于智能餐饮行业。由于餐饮机械臂的工作场景复杂多变,通过示教来规划路径工作量较大,因此以餐饮操作中适用的六轴机械臂为对象,设计智能餐饮机械臂路径规划系统。本文主要内容由机械臂避障路径规划和时间最优轨迹规划两部分组成。本文首先建立六轴机械臂UR5的运动学模型。分别采用D-H参数法与旋量法对机械臂进行了正、逆运动学分析,并通过仿真验证了两
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随着机械臂驱动系统性能的提升,机械臂的应用变得更加广泛,已经被应用于智能餐饮行业。由于餐饮机械臂的工作场景复杂多变,通过示教来规划路径工作量较大,因此以餐饮操作中适用的六轴机械臂为对象,设计智能餐饮机械臂路径规划系统。本文主要内容由机械臂避障路径规划和时间最优轨迹规划两部分组成。本文首先建立六轴机械臂UR5的运动学模型。分别采用D-H参数法与旋量法对机械臂进行了正、逆运动学分析,并通过仿真验证了两种方法的有效性,为机械臂避障路径规划奠定了基础。其次,设计一种改进快速扩展随机树算法用于规划避障路径。通过层次包围盒法建立障碍物与机械臂的碰撞检测模型;针对快速扩展随机树算法（RRT）计算效率低的问题,采用双树扩展结构来提高算法的收敛速度;为提高算法生成路径的质量,引入渐进最优的思想来改进节点的连接逻辑;针对算法在高维空间随机性过大的问题,借鉴人工势场法的思想,通过虚拟势场力来引导搜索过程,在保证搜索能力的同时降低了算法的随机性。然后,对机械臂的离散避障路径进行时间最优轨迹插补。本文采用五次非均匀B-样条曲线进行插值,并且通过粒子群优化算法（PSO）对轨迹进行时间优化。针对PSO算法容易陷入局部极值点的问题,引入量子行为粒子群算法（QPSO）的思想,并在此基础上提出一种改进粒子群算法。实验结果表明改进算法能够在获得良好优化效果的同时提高运行效率。最后,在V-REP/MATLAB的联合仿真平台中建立机械臂UR5的虚拟样机,并搭建场景对机械臂路径规划系统进行测试。对比了机械臂避障的几种路径规划方法。仿真结果表明,该系统具有快速高效的优势,适用于智能餐饮机械臂等非结构化应用场合。
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