"基于EtherCAT技术的七自由度协作机器人控制系统与避障路径规划研究"

本文以七自由度协作机器人 TB7-R3 为研究对象，设计了基于 EtherCAT 总线技术以及 TwinCAT3 软件平台的开放式机器人控制系统，并进行相关运动控制及避障路径规划算法研究。主要工作包括：(1)自主研发的机器人控制系统以 EtherCAT 总线技术为基础，将 TwinCAT3软件与小型工控机作为EtherCAT主站，并将 TB7-R3 的各关节模组作为EtherCAT从站，从而实现将 PC 平台强大的运算能力与 TwinCAT3 软件中的 PLC 模块相结合，使其成为一台性能优异的机器人运动控制器，最后再配合人机交互界面即可实现从系统层运动规划到硬件层关节驱动的实时控制。(2)利用标准 D-H 法建立机器人运动学模型,牛顿-拉弗森法迭代计算出逆运动学的数值解，并利用阻尼最小二乘法回避奇异位姿,以及牛顿-欧拉法建立机器人动力学模型，并从中提取重力项，并利用 MATLAB 机器人工具箱分别对运动学以及动力学模型进行仿真实验以验证其正确性。(3)在离散碰撞检测算法以及包围盒算法的基础之上，提出一种基于模型简化思想的碰； 撞检测算法，并通过实验验证其准确性和有效性。同时，通过改进 A*算法和 RRT 算法，研究了在二维环境下的路径规划算法，充分考虑机器人的运动学约束以及环境的动态性和不确定性，确保机器人能够在复杂环境中高效、安全地规划避障路径。 综上所述，本文针对七自由度协作机器人的控制系统以及避障路径规划进行了深入研究，提出了基于 EtherCAT 总线技术的机器人控制系统设计方案，并对运动控制算法、机器人运动学和动力学模型建模以及避障路径规划算法进行了理论分析和实验验证，取得了一定的研究成果，对于推动机器人技术领域的发展具有一定的参考价值。但是在实际应用中，还需要进一步完善控制系统，改进算法的鲁棒性和实时性，并结合具体应用场景进行深入研究，以提高机器人在复杂环境下的自主运动和任务协作能力。同时，还可以探索其他机器人控制系统和路径规划算法的研究方向，为机器人技术的广泛应用和发展做出更多的贡献。