摘要
偏置式七自由度机械臂具有运动灵活、工作空间大的优点，在工业、协作、航天等领域中有着重要应用。但偏置构型与冗余自由度也导致该类机械臂存在逆运动学求解困难、连杆之间易碰撞、运动规划速度慢的问题，为此，本文研究偏置式七自由度机械臂的运动学、碰撞检测与运动规划技术。 针对偏置式七自由度机械臂逆运动学算法耗时、多解选择困难等问题，提出了基于LM算法(Levenberg-Marquarelt)的探测拟合法，通过引入臂型角的概念，解决逆运动学中关节空间维度高的问题；研究探测点集的生成与择优方法，有效提高了LM算法的迭代速度；设计了关节属性划分方法，保证运动学逆解的求解一致性。 偏置构型的机械臂在运动中更易发生碰撞，为保证机械臂运动安全，研究静态干涉检测技术与动态碰撞检测技术。采用扫描实体法，检测各连杆运动过程中扫描形成的空间几何体，避免动态碰撞检测中的漏检现象。 针对传统运动规划方法规划效率低、路径冗余的问题，提出一种基于多目标形位和贪婪策略的改进bi-RRT算法(Multi-targetGreedyBidirectionalRapidly-exploringRandomTree，MTGB-RRT)，有效提高两颗树的搜索速度。提出一种基于双向遍历的路径优化算法，实现快速剔除路径中的冗余点。多项式过渡的线性轨迹规划中过渡段无法穿过关键路径点，存在碰撞风险，本文采用添加伪中间点的方法保证机械臂运动安全。 搭建TB7-R3机械臂实验平台，经仿真与实验验证，改进蒙特卡洛法计算得到的工作空间容积相较于改进前提高7.96%；探测拟合法在最大误差小于1×10?8mm时，其平均求解时间为102us；MTGB-RRT算法寻路时间相较于改进前降低19.72%。
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