空間機(jī)器人避碰路徑規(guī)劃外文翻譯

外文文獻(xiàn)

：RobotPathPlanningCollisionShinichiAbstract—dealswithpathplanningofwhichincludesacollisionavoidanceForrobotoperation,self-containedplanningisawithouttheaidofgroundstation.withitselfbealwaysOncetheshapeofidentified,thosewillbeexpressedthespace.Andinapotentialmethod.potentialfunctionthepathinconfigurationintoavoiddeadlockongenerationofthepathbeenobservedapplyingpathwhichutilizesthesplinefunctioninterpolation.reducesthecomputationaltheofthespacevalidityofshownafewnumericalsimulations.KeyPathPlanning,SplineInterpolationI.INTRODUCTIONInspacespaceitsautonomywillbefeaturesofthespacetechnology.Therobotwillplayrolesperformofspacecrafts.TheseoperationsaretoperformedanInaboveoperations,basictaskfreeflyingonorbitthearm.capturingitwilltomovethearmfromposturetowithoutwith

山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文外文文獻(xiàn)譯文Thespaceartificialpotentialaretotheoperationplanningofrobot.enablesrobotevadetheobstacleandtomovetheKhatibamotionplanninginwhichlinkoftherobottheobstaclepotentialbetweenoftherobotandthegoalattractiveisdefinedandbyboththepotentialsofthispotentialfieldtheisThismethodbyitssimplicityapplicabilityforreal-timeoperation.Howeverbeatwhichattractiveforceequalandwillleadtoso-calleddeadlock.Inorderresolveaboveissue,proposedwherethesolutionofisutilized.methodassuresthepotentialfieldstheminimum,i.e.,noInthisbynumericalcomputationLaplaceequationwillbegeneratespotentialfield.Thepotentialfieldisdividedintoonnodethevaluethepotentialwillbespecified.Inthisfortheeliminationoftheabovedefects,proposed.ThewhichisofpathwillbebeapartofsmoothedAndsimulationsconductedforpathplanningthespacetocaptureinwhichthetheisappliedgeneratesthesmoothandcontinuousbyfrominitialthefinalposture.II.ROBOTMODELThespaceisinTherobotismountedonspacecrafthasjointswhichallowmotionofIncasehaveanadditionalofspacecraftattitudeangleandwillconsideredtheadditionalrotaryjoint.thattherobotisthreelinkedwith3DOF(DegreeOfoflinktheangleofjointgivenbyl(i=1,2,3),respectively.Inordertotheaiifewassumptionsinpaper:motionoftherobotistwodimensionalone.-effectofmotiontospacecraftisnegligible.-2-

22山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文外文文獻(xiàn)譯文22-robotmotiongivenbyofstaticgeometrynotexplicitlyonsatelliteisinertiallyIngeneralmotionwillbeperformed.SoweabletoassumeabovefirstofThefromtheoftheofbetweentherobotspacecraftWithrespecttofocusontheplanningofrobotandthisisgivenbythenatureofgeometryisthereforedependingonexplicitly.meansthecooperative.Fig.1ModelofRobotIII.PATHPLANNINGGALGORITHMA.LaplacePotentialThesolutionofLaplace(1)calledapotentialfunction,anditsminimumtakeplaceonlyonInrobotpaththeboundaryobstaclegoal.Thereforeinsideregionwherethepotentialnolocalminimumtakesplacethegoal.Thiseliminatesthefor

nii

（1）Thecanbesolvednumerically.Wetwodimensionalbelow:-3-

2222n山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文外文文獻(xiàn)譯文2222n

（2）Andthiswillbeconvertedintothedifferenceequationthenby-Seidelmethod.Inequationifwethecentraldifferenceformulaforsecondthefollowingwillbex)x,y)xy（3）

)2wherethestep(cell)betweenadjacentforx,Ifthestepsizeisassumedfollowingnotationx)(3)isinfollowingmanner:

ij

ij

ij

i,j

ij

ij

（4）AndaLaplaceequationwillbetheequationasbelow:

j

14

ij

ij

jj

（5）Inmannerindimensionalcase,theequationforthreedimensionalwillbeeasilyobtainedbythefollowing:

j,k

16

ij

ij

j

j

ji,j,k

（6）Inordertotheaboveapplyhaveequationsasfollows:

nj

14

nij

nij

ji,j

（7）where

ni,j

thecomputationalfrom(n+1)-thcalculationsofpotential.Inaboveconditions,certainis0forforgoal.Andasinitialconditionsthesame-4-

0

山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文外文文獻(xiàn)譯文alsoforallofthefreeByduringiterativethevalueoftheboundarywillnottheonlyfreewillvarying.Applyingthepotentialvaluesobstacleinwithcomputationalprocess,thepotentialaroundgoalwillbegraduallypropagatingliketheThepotentialwillbuiltbasedaboveprocedure.theabovefieldfrom4adjacenttonodewhichthespacerobotexists,thenodeisforthepointtomoveto.thespacerobottogoalwithoutcollision.BInterpolationThegivenbytheaboveapproachnotassuresmoothlyAndifthegoalisnotgivenonhavetopartitionthecellsintosmallercells.Thiswillincreasethetime.Inordertotheabovetheofinterpolationtechnique.Bythenodalgivenbythesolutiontoviaonpath,wetrytotheconnectedwithfinalInthispapersplineMATLABcommand.C.ConfigurationWhenweapplyLaplacepathsearchisonlyincasewhererobottopointintheTheconfigurationspace(C-Space),theisasausedpathrealspaceintothecalculationtotheofcollisionperformedandifthecollisionthepointinC-spaceisregardedobstacle.Inwhenthepotentialtheconditionsofalltheinrealspace,correspondingtoallthenodes,calculated.TheofintersectionbetweenaconstitutingrobotconstitutingtheobstacleatnodeifintersectiontakesnodeistreatedtheobstacleinC-Space.IV.NUMERICALSIMULATIONSaboveapproachpathplanningforcapturingatargetsatellitewasexaminedaspacemodel.wethespacerobotwithtwodimensionalDOFroboticinFig.1.-5-

山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文外文文獻(xiàn)譯文Theoflinkisgivenfollows:lml2=],l3=],thewas1msquare.Thehandle,0.1square,wasacenterofonesideofSoisaofLetusexplaingeometricalbetweentherobotthetheoperationcapturingtheitforthetohavetheinthisthewillreachwhenmanipulabilitymaximized.Inthe3DOFcase,notdependingonspacecraftattitude,themanipulabilityisby.Andifassumeofrobot2,shouldbetoallofarepredeterminedasfollows:1

,

2

,

76.53allthedetermined,relativebetweenspacecraftthealsodecideduniquely.Ifthespacecraftistotheoriginofframe(0,0),isgivenby(-3.27,inaboveonthesewecansearchpathtobymovingthearminconfigurationspace.Twosimulationsforpathwereouttheresultsbelow.A.2DOFRobotInordertothetheattitudeangle(Linkjointangle)tocoincidewiththedesirableanglefrombeginning.coordinatesystemassumedasshowninFig.2.

wasintoconsiderationforthecalculationofoftheLinkits-6-

山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文外文文獻(xiàn)譯文angles:Innitial

2

903

oGoalcondition:

2

,

76.5o3Inthiscasepotentialfieldwasthe180Fig.3thehatchedlargeinthegivenbybythespacecraftbody.leftsideportionisamappingofthetargetageneratedthiscurvepointsofdataforsmoothingFig.32Fig.4inC-Space(2DOF)Whenwetherotationofspacecraftbody,-180degreesareequaldegreesthen,stateover-180degreeswillstartedfrombacktothistheperiodicboundarywasappliedintotheofrotation.Forsimplicitytolookpath,themappedvolumebyspacecraftwasomitted.fortheofpaththewhich-7-

山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文外文文獻(xiàn)譯文theconnectionofdegreesin

FromitiseasilythatoverthepathisgoingtowardC.arethegoalpoint.V.CONCLUSIONInthispaperapathgenerationforcapturingwasproposed.AnditsapplicabilitywasdemonstratedBytheloadwillbesmoothedwillFurtherresearchwillberecommendedincorporatemotionofspacecraftaffectedbyarm-8-

山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文外文文獻(xiàn)譯文中文譯文空間機(jī)器人避碰路徑劃YuyaandShinichi摘要文論述的是空間機(jī)器人路徑規(guī)劃規(guī)劃主要運(yùn)用的是避碰算法。對(duì)于未來(lái)的空間機(jī)器人操作主控制的路徑規(guī)劃方法可以受到固定指令的支配去捕獲目標(biāo)不用一直受地面站的控制尤其是從始至終要考慮到避免與目標(biāo)本身的碰撞一旦地點(diǎn)形狀和目標(biāo)的控制點(diǎn)得到確認(rèn)這些點(diǎn)將在配置空間中表示出來(lái)為了避免死鎖現(xiàn)象的發(fā)生本文利用了一種勢(shì)場(chǎng)域算法也就是將拉普拉斯勢(shì)函數(shù)的應(yīng)用在配置空間中獲取路徑通過(guò)利用平滑路徑的方法我們已經(jīng)在路徑生成方面做了一定的改進(jìn)這種方法主要是利用樣條函數(shù)插值它減少了計(jì)算負(fù)荷和產(chǎn)生空間機(jī)器人的平滑路徑種方法的有效性可通過(guò)幾個(gè)數(shù)字模擬來(lái)展現(xiàn)。關(guān)鍵字：空間機(jī)器人、路徑規(guī)劃、避碰、勢(shì)函數(shù)、樣條內(nèi)插1介紹未來(lái)的空間發(fā)展中，空間機(jī)器人及其自主性能將成為航天科技的關(guān)鍵特征。這種空間機(jī)器人將在構(gòu)建空間站和執(zhí)行航天器的檢查和維護(hù)方面發(fā)揮重要的作用這些機(jī)器人將以自主的形式取代航天員進(jìn)行艙外活動(dòng)上述機(jī)器人運(yùn)行的一個(gè)基本和重要的任務(wù)就是由機(jī)械臂捕獲在軌道上自由飛行的目標(biāo)了這項(xiàng)捕獲操作的正常進(jìn)行，要求將機(jī)械臂從初始位置移動(dòng)到末位置而不與目標(biāo)發(fā)生碰撞。這種空間配置和人工勢(shì)場(chǎng)的方法通常應(yīng)用于普通機(jī)器人的運(yùn)行規(guī)劃當(dāng)中機(jī)器人的機(jī)械臂能夠回避障礙物和朝目標(biāo)移動(dòng)Khatib提出了一種運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的方法在這種方法中定義了障礙物與機(jī)器人的每個(gè)鏈接的排斥勢(shì)還定義了機(jī)器人的末端執(zhí)行器與目標(biāo)的吸引勢(shì)通過(guò)計(jì)算勢(shì)場(chǎng)和勢(shì)場(chǎng)的梯度而生成了最優(yōu)路徑。根據(jù)這種實(shí)時(shí)操作的簡(jiǎn)單性和適應(yīng)性，我們得知該方法是有效的。但是在吸引勢(shì)場(chǎng)和排斥勢(shì)場(chǎng)的共同作用下會(huì)產(chǎn)生局部極值點(diǎn)將導(dǎo)致所謂的死鎖現(xiàn)象為了解決上述問(wèn)題科研人員提出了一些方法例如拉普拉斯算法的使用這種方法保證了勢(shì)場(chǎng)域不存在局部極值點(diǎn)即無(wú)死鎖現(xiàn)象勢(shì)場(chǎng)域分為很多小格，勢(shì)場(chǎng)域的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的離散值將被唯一確定。-9-

山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文外文文獻(xiàn)譯文本文對(duì)上述缺陷的消除提出了樣條插值技術(shù)給定的節(jié)點(diǎn)作為路徑的一部分將被定義為平滑樣條函數(shù)的一部分為了捕獲到目標(biāo)空間機(jī)器人的路徑規(guī)劃運(yùn)用了數(shù)字模擬技術(shù)它是通過(guò)對(duì)勢(shì)場(chǎng)域求解拉普拉斯函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的并且從最初的位置到末尾位置的樣條插值來(lái)產(chǎn)生連續(xù)光滑的路徑。2.機(jī)器人模型空間機(jī)器人的模型如圖1所示：機(jī)器人被安裝在航天器和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭上，這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭可以實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的平面運(yùn)動(dòng)這種情況下我們的航天器的姿態(tài)角有一個(gè)額外的自由度我們將這個(gè)額外的自由度視為額外的旋轉(zhuǎn)接頭這意味著空間機(jī)器人有三個(gè)自由度的鏈接，每個(gè)鏈路的長(zhǎng)度和每個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)角度，分別li

i

i=表示。為了簡(jiǎn)化這個(gè)討論，本文做了一些假設(shè)：（1）空間機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是平面的，即二維；（2）機(jī)器人機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)對(duì)航天器姿態(tài)的影響是可以忽略的；（3）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)給出了靜態(tài)幾何關(guān)系，并沒(méi)有明確的依賴時(shí)間；（4）目標(biāo)衛(wèi)星在慣性的作用下是很穩(wěn)定的；一般情況下平面運(yùn)動(dòng)和空間運(yùn)動(dòng)將分別進(jìn)行所以我們可以假設(shè)上面的第一個(gè)不失一般性，第二個(gè)假設(shè)來(lái)自機(jī)械臂和航天器質(zhì)量比的比較，對(duì)于第三個(gè)假設(shè)，我們專(zhuān)注于生成機(jī)器人的路徑規(guī)劃這基本上是由幾何關(guān)系的靜態(tài)性質(zhì)決定因此并不依賴明確的時(shí)間，最后一個(gè)就是合作衛(wèi)星。圖1

雙鏈路空間機(jī)器人-10

222222山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文外文文獻(xiàn)譯文3路徑規(guī)劃算法222222拉普拉斯勢(shì)場(chǎng)域?qū)б?/p>

的拉普拉斯方程求解稱為諧波的勢(shì)場(chǎng)域功能，并且最大值和最小值僅發(fā)生在邊界處在生成的機(jī)器人路徑中邊界處代表障礙物和目標(biāo)因此在此范圍中定義勢(shì)場(chǎng)域除了目標(biāo)處其他位置不會(huì)發(fā)生局部極值點(diǎn)的問(wèn)題這為路徑的生成消除了死鎖現(xiàn)象。

nii

(1)拉普拉斯方程可以數(shù)值求解們定義了二維拉普拉斯方程公式所示：

(2)這將轉(zhuǎn)化成差分方程，并通過(guò)高斯-賽德?tīng)柗椒ㄇ蠼?，在方?中，如果采用的二階導(dǎo)數(shù)的差分公式，可以得到以下的差分公式：

x)y)xy)2

，

x,)2的代數(shù)值代表每個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的XY的方向，假設(shè)長(zhǎng)度等同于使用以下符號(hào)：x)然后，方程3以下方程表達(dá)：

ij

ij

ij

i,j

i,j

i,j

(5)結(jié)果二維拉普拉斯方程轉(zhuǎn)變?yōu)榉匠?，如下：

i,j

14

ij

ij

i,ji,j

同樣的方式，在三維的情況下，三維的拉普拉斯方程的差分方程由下式易得：

i,j,k

16

ij

ij,k

i,j

i,j

i,ji,j

-11

山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文外文文獻(xiàn)譯文為了解決上述方程，我們應(yīng)用了高斯賽德?tīng)査惴ê颓蠼夥匠?，如下：ni,j

14

nij

nijji,j

ni,j

表示勢(shì)場(chǎng)域的迭代計(jì)算結(jié)果。在上述的計(jì)算中為邊界條件義特定的正來(lái)表示障礙物和目標(biāo)。0為保證初始條件相同，給所有的自由節(jié)點(diǎn)賦同樣的數(shù)。通過(guò)這種方法，在0迭代計(jì)算的邊界節(jié)點(diǎn)獲得的的值將不會(huì)改變而且自由節(jié)點(diǎn)的值是不同我們應(yīng)用相同的域值作為障礙物并且按照迭代計(jì)算方法則目標(biāo)周?chē)^小的勢(shì)場(chǎng)域會(huì)像障礙物一樣緩慢的向周?chē)鷤鞑ィ瑒?shì)場(chǎng)域就是根據(jù)上述方法建立的。采用節(jié)點(diǎn)相鄰的空間機(jī)器人存在的節(jié)點(diǎn)上的勢(shì)場(chǎng)最小的節(jié)點(diǎn)選擇移動(dòng)到另一點(diǎn)這個(gè)過(guò)程最終引導(dǎo)機(jī)器人無(wú)碰撞的到達(dá)目標(biāo)的位置。樣條內(nèi)插法：通過(guò)上述方法給出的路徑不能保證能夠與另一個(gè)目標(biāo)順利連接果節(jié)點(diǎn)上沒(méi)有給定目標(biāo)我們會(huì)將柵格劃分成的更小但這將增加計(jì)算量和所用時(shí)間為了消除這些弊端我們提出利用樣條插值技術(shù)通過(guò)在將節(jié)點(diǎn)解給出的通過(guò)點(diǎn)的道路上我們?cè)噲D獲得順利連接路徑與準(zhǔn)確獲取最初的和最后的點(diǎn)本文主要是通過(guò)MATLAB命令應(yīng)用樣條函數(shù)。配置空間：當(dāng)我們?cè)趹?yīng)用拉普拉斯勢(shì)域的時(shí)候徑搜索只能在當(dāng)機(jī)器人在搜索空間過(guò)程中表示成一個(gè)點(diǎn)的情況下才能保證實(shí)現(xiàn)。配置空間空間中機(jī)器人僅表示為一個(gè)點(diǎn)，主要是用于路徑搜索。將真正的空間轉(zhuǎn)換到空間，必須執(zhí)行判斷碰撞條件的