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机器手臂是一个末端能动的机械装置,已经被广泛应用在工业自动化方面。对于非冗余机器手臂来说,当机器手臂末端完成指定的运动时,它的关节由于没有多余的自由度,不能去完成别的动作,从而失去了灵活性。而冗余机器手臂可以利用自身的冗余关节来除去这个约束,使得机器手臂更加灵活,实现对作业环境中障碍物的躲避。
本文首先介绍了冗余机器手臂的运动学和动力学理论,重点研究了逆运动学问题,然后建立起了障碍物躲避的实时求解模型。冗余机器手臂逆运动学控制的避障算法被统一为等式、不等式和双端约束的二次规划(QP)问题。同时,为了避免关节角偏差现象,我们提出了改进的避障算法。
为了解决时变的QP问题,本文运用递归神经网络在速度层上进行冗余度解析。将基于线性变分不等式(LVI)的原对偶神经网络与现有的神经网络做一简单的比较,并从理论上证明LVI原对偶神经网络的优点。用PA10机器手臂进行模拟试验,仿真结果验证了该网络求解的有效性和实时解析性。最后分析了工作中的不足,提出了以后工作的几点展望。