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冗余度机器人以其特有的自运动性能引发了许多理论上和工程上的难题,这些成为机械工程和自动控制领域的研究焦点。为了充分发挥冗余度机器人的性能优势,很多学者在不同的领域对其进行了大量的科学研究,主要集中在利用冗余度机器人的冗余特性做加权平均来解决多目标优化和多准则优化方面。但是作为冗余特性应用的重要一方面,利用自运动躲避障碍物的控制算法研究相对比较少。目前已有一些避障算法,但都存在一定的缺陷并且不适合在嵌入式系统上实现。因此,研究一种克服上述不足并能在嵌入式系统中得到实际应用的改进型避障算法具有重要的现实意义。
本文针对平面3-DOF冗余机器人设计了一种基于Sugeno型模糊推理算法的避障增益计算方法,通过Simulink仿真验证了其对该冗余自由度机器人运动学及动力学避障的有效性,并在算法的实际应用上做出了一些有益的尝试。相比传统方法,该算法具有适应能力强、扩展能力好的优点。本文的主要工作包括以下三个方面:
一、采用MDH法对AS-3DOF机器人进行了运动学和动力学建模。建模过程在Maple运算环境中进行,具有很强的通用性,可用于更复杂的机器人建模。
二、系统介绍了冗余度机器人的避障理论以及研究现状,设计了一种基于Sugeno型模糊推理算法的避障增益计算方法,在Robotics Toolbox for Matlab的基础上建立了完整的仿真函数库,并在Simulink仿真环境中进行了系统的运动学和动力学仿真分析,得到了较完善的仿真结果。结果表明,新方法在对移动障碍物的适应性方面优于传统方法,达到了预期目标。
三、搭建了一套避障实验平台。根据机器人避障试验的要求,以嵌入式应用为导向,采用自上而下的设计方法,系统地阐述了总体方案、硬件平台、软件设计等诸多方面,并进行了实际实验,达到了预期设计要求。结果表明,采用DSP+AVR单片机的控制架构是可行的,并且具有良好的扩展能力,为将来的实际应用打下了坚实的基础。