ROS环境下移动操作机械臂的路径规划与仿真研究

"这篇硕士学位论文主要探讨了基于ROS(机器人操作系统)的移动操作机械臂的底层规划和运动仿真。作者钱伟在哈尔滨工业大学的研究中，针对冗余机械臂的运动学建模、ROS仿真平台的构建、高维空间的RRT（快速随机树）规划与动态规划方法，以及控制器设计和仿真实验进行了详细研究。论文着重于冗余自由度机械臂的逆运动学解决方案，并在ROS环境下搭建了移动操作机械臂的仿真系统，进行了多种插值方法的验证和复杂系统的仿真实验。" 本文首先介绍了冗余机械臂的运动学理论。冗余机械臂的特点在于其关节配置存在多个可能的解，使得它具有更高的灵活性和鲁棒性。作者通过对机械臂的连杆坐标系建立和正向运动学的分析，阐述了基本概念。逆运动学的解决是关键难点，论文提出了一种基于手臂三角形平面的概念，通过调整该平面的旋转角度来求解目标位姿所需的关节角度。为了验证所提出的逆解算法，论文运用了笛卡尔空间中的直线插值、圆弧插值以及自运动插值等方法进行实验。 接着，论文探讨了移动操作机械臂的仿真需求。由于这类机器人结合了机械臂、移动平台和传感器，其仿真复杂度显著增加。作者选择ROS作为基础平台，因为ROS提供了丰富的软件包和工具，便于构建和测试复杂的机器人系统。在ROS环境下，作者成功建立了移动操作机械臂的仿真框架，这为后续的路径规划和控制策略研究提供了基础。 在路径规划方面，论文涉及了高维空间的RRT规划。RRT是一种有效的概率路径规划算法，尤其适用于高维度的搜索空间，能够快速生成接近最优的路径。此外，动态规划也被用于优化路径，这种算法能够在考虑到系统动态约束的情况下寻找最短或最优路径。 最后，控制器设计和仿真实验部分，作者可能设计了适应移动操作机械臂特性的控制器，并在搭建的仿真平台上进行了测试。这部分可能包括了关节控制、轨迹跟踪以及系统稳定性等方面的仿真验证。 这篇论文为基于ROS的移动操作机械臂的研究提供了一个全面的视角，涵盖了从运动学模型建立到路径规划，再到仿真平台构建和控制器设计的全过程。这些研究对于推动家庭服务机器人、自动化生产线等领域的发展具有重要的理论和实践意义。