环境约束下冗余度机械臂运动规划技术

本书基于托卡马克多功能维护机械臂面向任务操作的运动规划基础理论，以及一般化、通用化运动学理论，对机器人操作臂阻尼最小二乘法逆运动学进行了介绍。同时深入研究并分析了重载机械臂运动学和规划、双操作臂运动学和协调规划、平面冗余机械臂在线运动规划、三维空间构型冗余度机械臂运动规划、关节角加速度规划、多臂协调操作运动规划、机械臂散乱物体抓取运动规划等方面的内容。在多功能维护机械臂样机平台、简易平面冗余机械臂、三维空间构型冗余度双臂机器人和UR1O机械臂平台上进行了一系列的功能和性能实验，验证了运动规划算法的可靠性、安全性。本书有关机器人操作臂实时运动规划技术的研究，将有助于提高机械臂自主作业能力和完善现有运动规划理论，为机械臂高效、安全、平稳运动奠定一定的理论基础。

本书适合机械工程专业的研究生及高年级本科生使用，也可供机器人运动规划领域相关专业的研究人员参考。

第1章 绪论

 1.1 研究背景及意义

 1.2 运动规划研究现状综述

 1.3 运动规划文献综述的分析

 1.4 主要内容

第1篇 运动规划理论篇

第2章 阻尼最小二乘法逆运动学

 2.1 引言

 2.2 逆运动学解算概述

 2.3 速度逆运动学

 2.4 理论推导

 2.5 本章小结

第3章 平面冗余机械臂运动学分析与路径规划

 3.1 引言

 3.2 平面冗余机械臂

 3.3 机械臂正运动学分析

 3.4 机械臂逆运动学分析

 3.5 机械臂完整运动分析

 3.6 基于RRT算法的无碰撞路径规划

 3.7 基于梯度投影法的机械臂路径规划

 3.8 本章小结

第4章 双机械臂运动学、协调作业与轨迹规划

 4.1 引言

 4.2 维护机械臂结构分析

 4.3 双操作臂运动学建模与分析

 4.4 双操作臂协调作业约束关系分析

 4.5 双操作臂轨迹规划

 4.6 双操作臂协调运动仿真

 4.7 本章小结

第5章 基于虚拟控制器的平面冗余臂运动规划

 5.1 引言

 5.2 无障碍物环境下运动规划

 5.3 动态环境下运动规划

 5.4 仿真验证

 5.5 本章小结

第6章 基于能量转化策略避障的三维运动规划

 6.1 引言

 6.2 广义逆运动学

 6.3 无障碍物环境约束

 6.4 基于单神经元自适应PID模型

 6.5 基于主成分分析的收敛性分析

 6.6 有障碍物环境约束

 6.7 仿真验证

 6.8 本章小结

第7章 基于逆运动学控制的关节角加速度规划

 7.1 引言

 7.2 笛卡儿空间到关节角加速度空间的映射

 7.3 超扭曲算法设计

 7.4 稳定性分析

 7.5 参数对收敛性影响

 7.6 仿真验证

 7.7 本章小结

第8章 基于自组织竞争神经网络的多臂运动规划

 8.1 引言

 8.2 多臂正逆运动学

 8.3 多臂机器人独立任务

 8.4 多臂机器入面向协调任务运动规划

 8.5 多臂运动规划理论仿真验证

 8.6 本章小结

第9章 面向散乱物体的机械臂抓取运动规划

 9.1 引言

 9.2 物体三维点云获取

 9.3 物体识别与三维位姿获取

 9.4 物体抓取策略制定及抓取点的设置

 9.5 机械臂抓取运动规划

 9.6 机械臂抓取过程仿真

 9.7 本章小结

第2篇 实验验证篇

第10章 平面冗余机械臂交互系统及实验

 10.1 引言

 10.2 交互系统的总体控制方案

 10.3 交互系统软件环境

 10.4 机械臂的离线仿真

 10.5 机械臂样机实验

 10.6 本章小结

第11章 维护双机械臂人机交互系统设计与实验

 11.1 引言

 ¨.2 维护机械臂人机交互系统总体方案

 11.3 虚拟场景建模

 11.4 碰撞检测

 11.5 人机交互

 11.6 离线仿真测试

 11.7 在线测试

 11.8 本章小结

第12章 简易实验平台搭建与实验验证

 12.1 引言

 12.2 实验平台

 12.3 平面冗余机械臂在线运动规划实验

 12.4 三维在线运动规划实验

 12.5 关节角加速度规划实验

 12.6 多臂运动规划实验

 12.7 本章小结

第13章 机械臂抓取规划实验平台搭建与实验

 13.1 引言

 13.2 实验系统的搭建

 13.3 物体抓取实验

 13.4 本章小结

第14章 结论

附录

 附录1 线性与非线性系统基础

 附录2 齐次坐标和齐次变换基础

 附录3 非线性系统分析基础

参考文献

名词索引