摘要
气阀装配机器人是6轴串联机械臂，其主要应用领域在工厂实际生产中，用于对大型往复压缩机的气阀进行装配运输。然而，在机器人的工作空间内，存在各种不规则的管路障碍物，因此必须规划机器人的运动路线，以确保在这样复杂的环境中能够将压缩机气阀无碰撞地输送至目标点。为解决机械臂自主避障的问题，本文对机械臂路径规划进行了研究，主要内容如下： (1)理解杆件位姿的描述，两杆件间的齐次变换矩阵，根据标准D-H法建立机械臂建模，进行运动学分析，得到末端执行器的位姿矩阵，对机械臂的工作空间仿真验证机械臂结构合理性。 (2)为了提高路径探索速度，改进APF-RRT*算法引入改进的人工势场法使新的随机点有方向性的拓展，去除了路径冗余节点，使全局父节点重新连接，对全局路径进行碰撞检测。 (3)提出了五次B样条插值的机械臂路径平滑方法。通过matlab对机械臂进行建模，并对平滑后的轨迹进行仿真，得到角度图、角速度图、角加速度图。 (4)在实验室的真实环境中，搭建出和气阀装配实际工况相同的环境，使用工业机器人平台进行路径规划实验，使用单片机控制步进电机进行路径平滑实验，并将相似算法列为对照组。 结果证明在复杂环境下，平滑后的改进APF-RRT*算法相比于RRT-connet算法和RRT*算法，路径长度最大下降21.45%，规划时间最大下降44.36%，该算法能够快速完成避障路径规划且路径轨迹更短。通过五次B样条曲线与五次多项式和样条曲线的对比，表明该算法提升了机械臂角速度角加速度的平滑性，保证了起止点的角速度角加速度为零，并过控制点保证了路径有效性。五次B样条曲线提升了机械臂运动的平顺性，降低了运动冲击。最终实验表明在气阀装配工况下，机械臂可以利用该算法顺利避开障碍物，完成预定路径，简化机械臂操作人员的操作难度，提高作业安全以及工作效率。
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