考虑冗余机械臂末端运动特性的规划方法  

Planning method considering the kinetic characteristics of the end effector of a redundant manipulator

作　　者：黄文炳[1] 孙富春[1] 刘华平[1] 

机构地区：[1]清华大学计算机科学与技术系,智能技术与系统国家重点实验室,北京100084

出　　处：《清华大学学报（自然科学版）》2014年第12期1544-1548,共5页Journal of Tsinghua University(Science and Technology)

基　　金：国家自然科学资金国际合作重大项目(61210013)

摘　　要：机械臂运动规划是机器人研究领域的重点,对机械臂能否顺利执行任务非常重要。目前,机械臂运动规划多使用RRT法,然而该方法是在关节空间进行规划,无法适用于机械臂末端执行器存在约束的任务。为了克服这个不足,该文提出了一种任务自由子空间RRT(rapidly-exploring random tree)法,在末端执行器任务空间的自由子空间中构建RRT,并对其每步扩张进行逆运动学轨迹优化,求解出相应的关节轨迹。此外,由于末端执行器速度对逆运动规划有重要影响,该文在逆运动轨迹优化阶段采用了最似梯度法,不仅考虑了末端执行器的运动速度,而且通过极小关节自由速度和优化目标负梯度的距离,重新确定了关节自由速度,增强了算法的优化能力。实验结果表明:该算法能有效解决机械臂末端存在约束的问题。Manipulator kinematics planning is not only a key focus of robot research,but is also a prerequisite for successful task execution.The rapidly-exploring random tree（RRT）method is popular for planning the kinematics motion in the joints space but cannot be used when the end effector is partly constrained.A free task subspace RRT method is described here that overcomes this disadvantage.This method extends the RRTs in the free subspace of the end effector workspace and then solves the inverse kinematics trajectory optimization for each expanding step of the RRT to obtain the joint trajectories.Furthermore,since the end effector velocity significantly impacts the inverse kinematics trajectory planning,a trajectory optimization method is also given.This method takes the end effector velocity into account and enhances the optimization capabilities.Tests show that this algorithm can efficiently handle end-effector-constrained tasks.

关 键 词：冗余机械臂 运动规划 RRT(rapidly-exploring random tree)法 最似梯度法 

分 类 号：TP391.4[自动化与计算机技术—计算机应用技术]