【摘 要】
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汽车零部件生产、制造的自动化程度越来越高,机器人应用越来越广泛。移动操作机器人将移动机器人与多自由度协作机器人融为一体,可以实现移动操作一体化。本文针对汽车零部件装配生产线中需要运送物料的需求,设计并搭建了一台移动操作机器人用于进行运送物料。重点开展了整体硬件软件系统的设计与搭建、运动学与驱动控制模型建模及误差分析、环境地图构建与路径规划算法研究,并进行仿真和实验验证。具体研究内容包括:（1）基于
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汽车零部件生产、制造的自动化程度越来越高,机器人应用越来越广泛。移动操作机器人将移动机器人与多自由度协作机器人融为一体,可以实现移动操作一体化。本文针对汽车零部件装配生产线中需要运送物料的需求,设计并搭建了一台移动操作机器人用于进行运送物料。重点开展了整体硬件软件系统的设计与搭建、运动学与驱动控制模型建模及误差分析、环境地图构建与路径规划算法研究,并进行仿真和实验验证。具体研究内容包括:（1）基于汽车零部件装配任务需求的移动操作一体化机器人设计。从移动层面和操作层面对机器人进行整体方案设计,对硬件进行选型与搭配,对软件系统进行设计,提出整个系统的软件架构。移动平台采用双轮差速驱动方式移动,配合激光雷达传感器实现构建地图和自主导航;操作平台采用六自由度协作机器人,配合电动抓手和视觉相机进行物体的识别与抓取。（2）移动操作机器人运动学求解及驱动控制模型研究。对移动平台进行运动学建模,得到其运动学方程,分析控制移动平台运动的物理变量;利用改进DH参数建模方法,对协作机器人进行运动学建模,得到了运动学方程,对机械臂的正运动学和逆运动学问题进行求解,计算出了奇异位置。根据移动平台的运动学方程,对驱动控制模型进行研究,采用伺服电机驱动移动平台的运动,分析了直线模式和转向模式下电机的输入参数大小对移动平台运动效果的影响。（3）移动操作机器人地图构建功能的实现。选用gmapping算法,搭建仿真环境和实验环境,分别在两种环境下进行SLAM地图构建,得到了满足环境需要的栅格地图。（4）移动操作机器人路径规划算法的研究。由于移动操作机器人的运用场景复杂多变,而RRT-Connect算法具有快速、高效的特点,本文选取RRT-Connect算法进行改进优化,引入人工势场法的思想,将两种算法进行融合,并利用Dijkstra算法对结果再次进行优化,得到了长度更短、转折点更少的路径。借助MATLAB平台,对RRT-Connect算法的改进效果进行了仿真验证。（5）实验验证与分析。对移动平台的运动控制性能进行实验验证,利用激光跟踪仪对移动平台进行跟踪采点,分别在直线运动和圆周运动模式下对运动误差进行分析。在构建好的环境地图上对移动平台进行路径规划和自主导航试验,进一步验证改进算法的可行性。对移动操作一体化功能的实现进行实验验证。
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