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开放式机器人控制系统的轨迹规划研究

作　者: 陈强
导　师: 张平; 卢智星
学　校: 华南理工大学
专　业: 计算机技术
关键词: 机器人开放式控制系统面向服务架构轨迹规划
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

开放性已经成为现代机器人控制器的实现目标之一，其目的是为了保证良好的平台兼容性，在不同的平台上能够与其它系统相互操作，并同时为用户提供一致的交互方式。现有开放式机器人控制系统虽然在一定程度上达到开放通用的要求，但是交互性和灵活性比较缺乏，配置过程较为繁琐，且无法动态修改和配置流程。在本实验室研究的基于LSOA（轻量级面向服务架构）的开放式控制系统架构基础上，本文对机器人控制系统的轨迹规划算法、功能模块的结构进行深入的研究和实现。本文介绍了基于LSOA的开放式控制系统架构，包括系统架构、软总线结构、消息传输模块、业务流程以及服务功能模块。在总结国内外有关机器人轨迹规划方面的研究成果基础上，分析机器人轨迹规划的一般性问题，重点研究笛卡尔空间和关节空间的无障碍连续路径的轨迹规划方法。在笛卡尔空间，采用简单直线和圆弧轨迹规划，但在关键段引入最大定位距离和采用降速方法来减少轨迹误差；在关节空间，引入虚拟点的三次样条轨迹规划，并在此基础上进行时间最优化，以便获得最优的轨迹。本文最后对上述规划算法的性能和功能进行了数字仿真和原型系统实验。数字仿真和原型系统实验的对象是固高GRB3016六自由度机器人，实验结果验证本文轨迹规划方法的可行性和实用性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 引言  10
  1.2 开放式控制系统的概念与特点  10-11
  1.3 国内外研究现状  11-16
    1.3.1 开放式控制系统研究现状  11-13
    1.3.2 轨迹规划算法研究现状  13-16
  1.4 课题研究意义  16
  1.5 课题研究的主要内容  16-18
第二章基于 LSOA 的开放式控制系统  18-26
  2.1 系统架构  18-20
    2.1.1 SOA 概念  18
    2.1.2 LSOA 开放式控制系统架构  18-20
  2.2 软总线结构  20-21
  2.3 消息传输机制  21-23
  2.4 业务流程  23-24
  2.5 服务功能模块  24-25
  2.6 本章小结  25-26
第三章基于 LSOA 开放式控制系统的轨迹规划  26-44
  3.1 轨迹规划的概述  26-27
  3.2 轨迹规划的一般性问题  27-28
  3.3 轨迹规划模块的结构和作用  28-31
  3.4 轨迹规划方案分析  31-32
  3.5 笛卡尔空间轨迹规划  32-38
    3.5.1 直线规划  33-34
    3.5.2 圆弧规划  34-37
    3.5.3 姿态规划  37-38
  3.6 速度加速度映射模块  38-43
    3.6.1 雅克比矩阵的定义  39-40
    3.6.2 雅克比矩阵的构造法  40-43
  3.7 本章小结  43-44
第四章关节空间轨迹规划算法研究  44-54
  4.1 引言  44
  4.2 关节三次样条规划  44-48
    4.2.1 三次样条拟合轨迹规划  44-47
    4.2.2 三次样条插值轨迹规划  47-48
  4.3 时间最优轨迹规划  48-53
    4.3.1 引言  48-49
    4.3.2 时间最优化算法的描述  49-51
    4.3.3 时间最优化算法的求解  51-52
    4.3.4 时间最优化算法的初始值选择  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章机器人轨迹规划算法仿真与实验  54-78
  5.1 原型系统的实现方案  54-57
    5.1.1 软硬件平台  54-55
    5.1.2 原型系统结构  55-57
  5.2 仿真内容与结果  57-70
    5.2.1 笛卡尔空间规划仿真实验  57-61
    5.2.2 关节空间规划仿真实验  61-70
  5.3 六自由度机器人实验内容与结果分析  70-76
    5.3.1 引言  70
    5.3.2 性能测试实验  70-73
    5.3.3 功能测试实验  73-76
  5.4 本章小结  76-78
总结与展望  78-80
参考文献  80-84
攻读硕士学位期间取得的研究成果  84-85
致谢  85-86

开放式机器人控制系统的轨迹规划研究

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