【摘 要】
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在智能飞行人机共驾系统中,协作机械臂代替了飞机副驾驶员,辅助飞行员完成各项飞行任务。为了防止机械臂与驾驶舱环境或机组人员发生碰撞,需要机械臂在运动过程中具备避障能
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在智能飞行人机共驾系统中,协作机械臂代替了飞机副驾驶员,辅助飞行员完成各项飞行任务。为了防止机械臂与驾驶舱环境或机组人员发生碰撞,需要机械臂在运动过程中具备避障能力,以此保证飞行过程的安全性。本文基于机器人操作系统(ROS)设计了七轴机械臂的运动规划仿真系统。利用URDF文件对LBR iiwa七轴机械臂进行描述,并通过Rviz完成机械臂的可视化建模。通过配置Moveit!功能包构建了Moveit!运动规划平台,并利用Gazebo仿真器实现了机械臂的物理仿真。通过设计运动规划平台与物理仿真器间的关节轨迹控制接口,完成了基于Moveit!与Gazebo的联合仿真系统构建。然后利用D-H参数法建立了LBR iiwa七轴机械臂的运动学模型,并对机械臂的正向及逆向运动学进行分析,分别建立了正向及逆向运动学方程。通过对笛卡尔空间直线轨迹规划进行理论分析,并在仿真系统中进行机械臂末端轨迹插值运动仿真实验,验证了对机械臂运动学分析的正确性。接着研究了机器人运动规划基本理论,并重点分析了基于随机采样的避障运动规划算法中的快速搜索随机树(RRT)算法。针对基本RRT规划算法的不足之处,在节点扩展上提出一定的改进,增强了RRT规划算法的导向性,提高了算法的规划效率。通过编程对改进RRT规划算法在二维平面进行实验,验证了算法的有效性及先进性。最后在仿真系统中利用Kinect深度传感器获取机械臂周围的三维点云信息,并将三维点云转换为Octo Map。在Moveit!中利用Octo Map环境信息实现机械臂碰撞检测,并进一步调用RRT规划算法完成避障运动规划。通过在Gazebo中自定义障碍物环境及导入飞机驾驶舱三维点云环境,分别进行了避障运动规划仿真实验,验证了改进RRT规划算法在七轴机械臂平台上优异的算法性能以及在智能飞行人机共驾系统中的实用性。
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