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本 科 生 毕 业 设 计 (论 文 )外 文 翻 译原 文 标 题 标 题 平 面 串 联 机 械 手 的 运 动 合 成作 者 所 在 系 别 机 电 工 程 学 院作 者 所 在 专 业 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化作 者 所 在 班 级 姓 名 张 琳作 者 学 号 20134011303指 导 教 师 姓 名 韩 书 葵指 导 教 师 职 称 副 教 授完 成 时 间 2017 年 3 月北华航天工业学院教务处制第 1 页译 文 标 题 平 面 串 联 机 械 手 的 运 动 合 成原 文 标 题 名 魏 艳 辉 国 籍 出 处 ， 22， 2， 2015译 文 ：摘 要 ： 本 文 论 述 了 平 面 串 联 机 器 人 手 的 运 动 合 成 问 题 ， 快 速 工 作 空 间 的 解 决 方 案和 障 碍 物 回 避 路 径 规 划 方 法 ， 它 提 出 了 一 种 一 般 形 式 的 运 动 学 反 解 ， 不 依 赖 于 机器 人 本 身 的 自 由 度 ， 通 过 确 定 目 标 向 量 方 向 的 最 大 和 最 小 工 作 空 间 边 界 和 确 定 的工 作 空 间 极 坐 标 形 式 的 表 达 方 法 ， 最 后 ， 根 据 平 面 轨 迹 规 划 的 障 碍 躲 避 问 题 ， 解决 了 安 全 避 障 的 凹 凸 形 式 的 运 动 学 反 解 的 方 法 ， 仿 真 结 果 验 证 了 所 提 方 法 的 可 行性 和 通 用 性 。关 键 词 ： 平 面 串 联 机 器 人 运 动 学 反 解 工 作 空 间 轨 迹 规 划 矢 量 投 影1引 言串 联 机 械 手 的 平 面 问 题 ， 这 一 特 征 点 的 机 器 人 是 可 以 在 两 维 平 面 运 动 的 最 后一 个 系 列 。 运 动 控 制 是 很 容 易 实 现 的 ， 其 中 A 型 机 械 手 每 个 接 头 大 范 围 的 运 动 。相 当 经 典 的 串 联 机 械 手 由 安 切 洛 蒂 来 配 置 。 例 如 ， 器 人 增 加 了 第 一 个 旋 转接 头 和 第 三 个 关 节 的 基 础 上 的 平 面 结 构 ， 满 足 要 求 的 三 维 空 间 机 器 人 的 位 置 ， 通过 正 交 布 局 ， 达 到 要 求 空 间 工 作 点 的 位 置 。 先 进 的 平 面 串 联 机 械 手 已 经 应 用 在 一些 特 殊 情 况 下 ， 如 水 型 机 器 人 臂 。对 于 空 间 机 器 人 的 运 动 学 分 析 ， 将 机 器 人 的 配 置 分 为 多 个 平 面 的 配 置 形 式 。可 重 构 机 器 人 通 过 一 个 模 块 可 以 自 由 组 合 的 复 杂 机 器 人 的 配 置 和 地 址 的 运 动 学 分析 ， 动 力 学 分 析 和 轨 迹 规 划 问 题 。 为 了 解 决 自 动 重 构 机 器 人 运 动 学 逆 解 、 魏 等 人 。 1 提 出 配 置 平 面 的 概 念 。 在 这 个 概 念 中 ， 一 个 三 维 的 机 器 人 配 置 被 分 解 成 一 个 二维 平 面 结 构 ， 以 简 化 运 动 学 反 解 问 题 ， 实 现 自 动 和 快 速 的 解 决 方 案 的 目 标 。 一 般情 况 下 ， 分 析 的 解 决 方 法 是 很 难 获 得 多 参 数 、 非 线 性 、 强 耦 合 的 解 决 方 案 ， 并 参与 到 6R 机 器 人 运 动 学 反 解 的 代 数 方 程 中 2 。 人 们 用 半 解 析 方 法 和 解 决 空 间 运 动 学 反 解 问 题 的 一 般 方 法 。 已 经 进 行 了 一 个 运 动 分 析 与 任 何 形 式 的 平 面 结构 ， 从 而 成 为 一 个 可 重 构 机 器 人 系 列 ， 是 机 器 人 运 动 分 析 的 关 键 问 题 之 一 。本 文 以 矢 量 投 影 法 为 研 究 重 点 ， 对 平 面 串 联 机 器 人 的 运 动 学 反 解 和 工 作 空 间的 轨 迹 规 划 进 行 了 研 究 。 本 研 究 的 目 的 是 获 得 一 个 简 单 的 和 快 速 的 方 法 和 一 般 的运 动 学 反 解 求 解 的 可 重 构 机 器 人 轨 迹 规 划 ， 并 提 供 一 个 参 考 的 空 间 形 式 的 串 联 机械 手 。第 2 页2自 动 运 动 学 串 联 机 器 人平 面 串 联 机 器 人 主 要 由 旋 转 接 头 、 平 移 关 节 和 连 杆 。 考 虑 到 连 杆 不 是 一 个 单一 的 连 接 形 式 ， 当 机 器 人 运 动 模 型 建 立 与 基 本 运 动 单 元 的 旋 转 关 节 ， 运 动 的 变 换矩 阵 是 是 转 动 关 节 运 动 ； 邻 的 旋 转 接 头 中 心 连 接 杆 的 长 度 ， 其 值 的 变 化 时 ，它 包 括 移 动 节 点一 般 的 平 面 机 械 手 是 串 联 的 形 式 显 示 在 图 1结 束 点 的 姿 态 矩 阵 是 ：当图 1总 平 面 形 状 的 串 联 机 械 手 运 动 模 串 联 机 械 臂 的 自 动 求 解 方 法这 种 方 法 不 包 含 相 当 大 的 平 移 关 节 在 一 个 共 同 的 平 面 串 联 机 械 手 的 构 象 ， 但符 合 空 间 位 置 要 求 或 空 间 冗 余 任 务 ， 机 器 人 关 节 的 过 度 运 动 会 降 低 整 体 控 制 过 程中 的 性 能 和 刚 度 特 性 。如 图 1 所 示 ， 平 面 串 联 机 械 手 的 运 动 学 反 解 可 以 分 为 两 个 部 分 ， 即 姿 势 和 位置 的 要 求 。 具 有 冗 余 形 式 平 面 串 联 机 器 人 （ 三 自 由 度 以 上 ） ， 他 们 的 姿 势 的 要 求 是第 3 页第 N 1接 头 部 分 必 须 保 证 运 动 范 围 的 条 件 下 。 结 束 姿 势 要 求 可 以 通 过 最 后一 个 旋 转 接 头 来 实 现 的 ， 其 位 置 的 要 求 可 以 通 过 组 合 第 一 N 1接 头 实 现 。 对 于 平面 串 联 机 器 人 的 自 由 度 小 于 或 等 于 3， 它 的 三 个 关 节 都 需 要 满 足 的 姿 势 岗 位 要 求 ，它 可 以 解 析 求 解 应 用 式 （ 2） 。 我 们 利 用 向 量 投 影 法 求 解 平 面 机 器 人 的 各 种 表 单 自动 满 足 以 下 约 束 ：在 P 是 结 束 向 量 的 范 数 ； 矢 量 P 用 联 合 杠 杆 臂 的 投 影 之 间 的 比 例 和 关节 臂 。 考 虑 向 量 投 影 的 方 向 ， 如 下 ： 是 关 节 臂 和 目 标 点 矢 量 之 间 的 夹 角图 2， 标 点 。 如 果 联 合 长 度 的 联 合 体 育 中 心 的 空 间 位 置 是 可以 计 算 出 来 的 。 因 此 ， 整 个 计 算 是 一 个 组 合 的 前 n 1接 头 后 ， 接 头 的 N 1配 合中 心 联 合 的 结 束 ， 没 有 一 个 固 定 的 长 度 ， 移 动 节 点 的 存 在 ， 利 用 最 短 的 长度 。 联 合 我 的 关 节 n + 1的 杠 杆 臂 之 间 是 一 个 最 大 长 度 的 状 态 ， 确 保 吉 + 1约 长 度最 大 ， 中 心 节 点 图 ， 这 是 初 步 jn。图 2运 动 学 求 解 过 程自 动 计 算 被 阐 明 如 下 ：（ 1） 在 关 节 运 动 的 情 况 下 ， 最 大 限 度 的 投 影 量 。找 到 点 （ ji + 1） 与 + 1与 jn， 如 图 所 示 ， ji + 1与 ， ji + 1 j ； 如果 ji + 1 jn ji + 1， 自 动 计 算 ； 如 果 ji + 1 jn ji + 1， 进 行 下 一 步 。（ 2） 在 关 节 运 动 的 情 况 下 ， 逆 投 影 量 的 范 围 。找 到 最 大 点 （ J i + 1） 与 + 1与 jn， 如 图 所 示 。 J + 1与 J + 1 j ；如 果 J +1jn J ， +1， 自 动 计 算 ， 关 节 运 动 在 允 许 范 围 的 情 况 下 ， J +1j 要 求 ； 否 则 ， 进 行 下 一 步 。（ 3） +1关 节 调 整 到 N 1关 节 运 动 使 J +1的 长 度 是 最 短 的 。 J +1与 J第 4 页+ 1 j ； 如 果 j + 1 jn J + 1， J + 1的 长 度 是 根 据 位 置 的 要 求 ； 如果 J + 1 jn J + 1， 逆 投 影 量 最 大 值 点 J + 1jn， + 1节 自 动 计 算 。从 第 一 关 节 开 始 ， 一 个 固 定 的 周 期 可 以 满 足 要 求 ， 在 机 器 人 运 动 学 逆 解 。3自 动 解 算 的 工 作 区机 器 人 的 工 作 空 间 ， 可 以 显 示 机 器 人 的 工 作 范 围 ， 是 评 价 机 器 人 的 重 要 指 标 ，然 而 ， 平 面 机 器 人 的 工 作 空 间 与 机 器 人 的 工 作 空 间 是 不 同 的 。 组 成 关 节 的 运 动 范围 也 不 同 。 因 此 ， 我 们 获 得 的 工 作 是 复 杂 的 ， 会 形 成 一 个 复 杂 的 区 域 ， 这 是 由 三 ，如 图 3所 示 。 这 一 特 征 使 工 作 空 间 的 解 决 方 案 很 难 获 得 。图 3工 作 区 采 用 多 域为 解 决 机 器 人 工 作 空 间 主 要 包 括 分 析 、 图 形 的 方 法 和 数 值 方 法 4 。 在 分 析 方法 中 ， 工 作 空 间 的 边 界 是 由 多 个 信 封 决 定 。 然 而 ， 这 种 方 法 是 复 杂 的 ， 普 遍 应 用于 机 器 人 的 关 节 。 图 解 法 求 解 边 界 工 作 空 间 ， 我 们 可 以 得 到 各 种 相 交 的 线 或 相 交的 表 面 。 这 种 方 法 是 有 效 的 但 也 是 由 自 由 度 的 数 目 有 限 ， 当 节 点 的 数 量 是 很 大 的 ，我 们 应 该 通 过 组 6 处 理 。 数 值 计 算 方 法 是 基 于 极 值 理 论 和 优 化 方 法 来 计 算 机 器 人工 作 空 间 的 边 界 曲 面 的 特 征 点 ， 这 是 用 来 构 成 边 界 曲 线 和 形 状 的 边 界 表 面 。 代 表结 果 的 搜 索 方 法 ， 迭 代 法 和 蒙 特 卡 罗 7 9 。 为 了 计 算 串 联 机 器 人 定 姿 态 工 作 空 间 ，提 出 了 一 种 基 于 二 进 制 逼 近 原 理 的 快 速 搜 索 方 法基 于 上 述 方 法 ， 每 一 种 方 法 的 目 的 是 利 用 该 区 域 的 自 动 求 解 工 作 区 的 边 界 的确 定 ， 如 图 3所 示 ， 以 方 便 快 速 评 价 工 作 区 的 平 面 串 联 机 械 手 和 快 速 匹 配 的 配 置平 面 的 可 重 构 机 器 人 ， 我 们 通 常 会 给 平 面 矢 量 来 解 决 这 个 位 置 ， 机 器 人 可 以 实 现对 矢 量 。 在 本 文 中 ， 我 们 使 用 了 一 种 方 法 的 基 础 上 的 工 作 空 间 矢 量 的 空 间 矢 量 的情 况 下 ， 在 这 个 向 量 的 工 作 空 间 边 界 迅 速 确 定 。4轨 迹 规 划 方 法轨 迹 规 划 的 目 标 是 规 划 理 想 的 任 务 和 关 节 空 间 的 运 动 轨 迹 ， 使 机 器 人 运 动 速度 快 ， 精 度 高 ， 运 动 点 效 率 高 ， 轨 迹 跟 踪 精 度 高 ， 满 足 路 径 、 障 碍 和 运 动 学 约 束 。第 5 页避 障 是 轨 迹 规 划 的 一 个 关 键 问 题 。 通 常 采 用 的 方 法 是 规 划 机 器 人 空 间 轨 迹 的终 点 会 议 空 间 避 障 要 求 ， 使 用 机 器 人 的 运 动 学 反 解 求 解 各 空 间 点 的 每 个 关 节 的 价值 。 调 整 速 度 和 平 移 关 节 加 速 度 使 机 器 人 能 达 到 更 好 的 运 动 效 果 。 实 现 避 障 任 务更 好 ， 许 多 研 究 已 经 简 化 了 壁 垒 概 述 由 包 络 圆 。 参 考 文 献 12 ， 阻 挡 接 近 一 点 ， 以最 小 的 点 与 杠 杆 臂 之 间 的 距 离 作 为 避 障 的 基 础 ， 该 方 法 扩 展 了 障 碍 物 的 空 间 ， 减少 了 实 际 工 作 环 境 中 的 实 际 机 器 人 的 工 作 空 间 机 器 人 的 可 操 作 性 。 使 用 新 的 双 向快 速 探 索 随 机 树 算 法 对 复 杂 空 间 躲 避 障 碍 物 的 轨 迹 规 划 。 这 些 算 法 不 需 要 运 动 学反 解 计 算 方 法 ， 但 我 们 可 以 通 过 扩 展 树 方 法 实 现 空 间 避 障 任 务 。 人 提 出 一 种 自 动 轨 迹 规 划 确 定 平 滑 ， 为 中 存 在 的 障 碍 ， 一 个 五 自由 度 机 械 手 抓 放 操 作 的 最 小 时 间 和 无 碰 撞 轨 迹 。 该 计 划 是 能 够 处 理 的 轨 迹 与 不 通过 点 和 痕 迹 的 光 滑 ， 无 碰 撞 ， 近 段 时 间 最 优 轨 迹 ， 不 仅 为 机 器 人 的 端 部 执 行 器 ，但 也 为 它 的 链 接 确 保 无 碰 撞 轨 迹 。 。 提 出 一 个 简 单 而 有 效 的 路 径 规 划 策 略 ， 目 标 是 代 表 机 器 人 的配 置 空 间 的 障 碍 ， 表 示 允 许 获 得 一 个 有 效 的 和 准 确 的 轨 迹 规 划 和 跟 踪 ， 以 及 一 个专 用 的 碰 撞 检 测 规 则 的 机 器 人 与 障 碍 物 之 间 。第 2节 描 述 机 器 人 运 动 学 求 解 方 法 。 当 空 间 障 碍 存 在 ， 其 空 间 轨 迹 规 划 。 干扰 与 障 碍 的 发 生 ， 如 图 4所 示 。图 4平 面 障 碍 配 置 运 动 反 解 回 避 问 题我 们 继 续 使 用 2节 的 仿 真 实 例 ， 其 中 机 器 人 从 初 始 点 移 动 到 目 标 点 ， 图 8中的 区 域 1由 实 际 障 碍 形 成 的 ， 考 虑 机 器 人 的 尺 寸 和 安 全 距 离 ， 我 们 展 开 1区 的 距离 ， 形 成 安 全 的 避 障 区 2， 根 据 运 动 学 反 解 在 轨 迹 规 划 过 程 中 ， 机 器 人 的 结 构 形 式表 现 出 明 显 的 干 扰 ， 从 而 平 衡 运 动 学 反 解 的 自 动 解 和 避 障 问 题 。5结 论1） 利 用 矢 量 投 影 法 和 关 节 约 束 ， 求 解 平 面 串 联 机 械 臂 的 运 动 学 问 题 。 仿 真 结第 6 页果 表 明 ， 该 方 法 避 免 了 传 统 的 分 析 方 法 ， 它 依 赖 于 机 器 人 的 配 置 和 自 由 度 的 形 式 ，以 及 解 决 速 度 和 精 度 的 问 题 时 ， 使 用 数 值 方 法 ， 这 种 方 法 也 实 用 和 通 用 。2） 在 矢 量 方 向 上 提 出 一 个 工 作 范 围 ， 作 为 平 面 机 器 人 的 工 作 空 间 表 达 式 。此 方 法 使 用 一 个 搜 索 的 方 法 来 解 决 工 作 区 范 围 迅 速 的 方 向 上 的 设 置 矢 量 角 。 这 种方 法 也 自 动 和 快 速 。 此 外 ， 该 方 法 是 将 三 维 空 间 机 器 人 分 解 为 二 维 平 面 机 器 人 的基 础 。3） 通 过 对 平 面 串 联 机 械 手 的 运 动 学 反 解 求 解 方 法 的 改 进 ， 实 现 了 轨 迹 规 划平 面 机 器 人 工 作 空 间 的 障 碍 。 仿 真 结 果 表 明 ， 该 方 法 是 通 用 的 和 实 际 的 障 碍 与 凸形 式 。第 7 页原 文 ： ， iu i( 50001， on of as of it a of on of By by on an of of is to of of of is to in a in at of a is to in a a of to on of a to of in as 页or be a of To of an et 1 In a a to of an to to of in 2 et 3 a a to n A of a is of of n of as to a a to a in of 1 of a is in of 页a is is h is of of it of is 1 of 1 of 2in a 0 页of of in s 1， of i e ， a of ， n 1 of n be be by n 1 of is ， to it q ( 2) We to of p is of ai is of on p of ai is as i is n 2， P is