摘要
工业机器人在现代制造业转型中发挥着重要作用，依靠自身在生产中的高效率、高精度等特点，逐渐成为工业生产中不可替代的重要角色。机器人避障路径规划一直都是科研人员的研究重点，本文以六自由度工业机器人为研究对象，探究其避障路径规划方法，提出一种改进APF-RRT算法对机器人的避障路径进行规划，并对该算法进行仿真验证。本文主要研究内容如下： （1）对机器人进行运动学分析。采用改进D-H法建立连杆坐标系，推导机器人的正运动学方程，结合腕臂分离法，提出一种逆运动学求解优化算法，以最小化转动角度为目标，选取与初始关节角差值二范数最小的一组关节角作为最优关节角，同时对机器人处于奇异位形时进行分析。利用MATLAB软件建立机器人的模型，对机器人的正、逆运动学进行验证；采用蒙特卡洛方法绘制出机器人的工作空间。 （2）对视觉信息进行处理并对碰撞检测进行分析。选取深度相机后，对相机进行内参标定和手眼标定，消除相机采集误差并得到了相机对机器人底座的位姿关系；采用直通滤波算法、半径滤波算法和体素滤波算法对相机采集到的点云信息进行处理和优化，并利用点云信息建立八叉树地图，得到机器人工作空间的环境信息；根据机器人结构特征，将机器人结构抽象成多条线段，并将半径叠加到障碍物上，最后实现碰撞检测。 （3）提出了一种改进APF-RRT算法的避障路径规划算法。引入距离因子对APF势场函数进行修改，当陷入局部最小值时切换到IRRT算法；IRRT算法引入双边最近节点选择方法，提出新节点二次扩展法，利用目标偏置引导法和圆锥体子集约束采样、目标引导混合策略进行路径扩展；将IAPF和IRRT算法结合得到改进APF-RRT算法，对搜索后的路径进行冗余检测，剔除冗余节点；使用3次非均匀有理B样条曲线对路径进行平滑。经仿真验证，改进算法所用的时间更短、路径更优。 （4）利用ROS系统进行仿真验证。按照URDF格式建立机器人模型，导入到ROS平台中，并对视觉信息处理和避障路径进行验证，仿真结果证明，改进算法规划出的路径具有可行性。
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