人工智能论文-3500字

研究生课程论文

人工智能前沿

论文题目：人工智能技术在求机器人工作

空间的应用

课程老师：罗亚波

学院班级：汽研1602班

学生姓名：***

学号：*************

2016年10月

人工智能技术在求机器人工作空间的应用

摘要

人工智能的发展迅速，现在已经渗透到机器人的全方位分析与机器人的工作空间的计算中，其对机器人的应用起着越来越重要的作用。元素限制法由三个限制元素构成，分别为杆长限制、转角限制、连杆的干涉。在初步确定限制元素后即可得到边界条件，即可得到工作空间。圆弧相交法由运动学反解过程、工作空间的几何描述以及工作空间的计算过程组成。两者各有其优缺点，都是可取的求工作空间的方法。

关键词：人工智能元素限制圆弧相交工作空间

Abstract

With the rapid development of artificial intelligence, it has been applied to the analysis of the robot and the working space of the robot. It plays a more and more important role in the application of the robot. The element restriction method is composed of three elements, which are the length of the rod, the restriction of the angle and the interference of the connecting rod. Boundary conditions can be obtained after the preliminary determination of the limiting element. The arc intersection method is composed of the process of the inverse kinematics of the kinematics, the geometric description of the working space and the calculation process of the working space. Both have their own advantages and disadvantages, are desirable for the working space of the method.

Key words: artificial intelligence element limit arc intersection working space

图1.1 空间6自由度并联机器人简要模型 第1章 元素限制法的求解

1.1杆长的限制

杆长的长短直接

决定了机器人人工智

能的能力的大小。如图

1-1所示的6自由度平

台并联机构，其上下平

台分别是一个半径为

Rp 和Rb 的圆盘,上下

平台分别通过球面副

和万向绞与连杆相连

接。为方便讨论，分别建立运动平台的坐标系b b b Z Y X O -’，简记为｛O ’｝,固定平台坐标系a a a Z Y X O -，简记为坐标系｛O ｝。其中坐标系的原点O ’和O 分别位于上下平台的中心，轴Z ’和Z 分别垂直于上下平台而轴X 和X ’分别是∠32OA A 和∠32B O B ’的平分线，这样X ’和O ’B6的夹角为b α=∠B2O ’B3/2，X 与OA2的夹角为a α=∠A2OA3。OA i 与X 的夹角为ai α，O ’i B 与X ’的夹角是bi α，则有：

1a α=a α，b b αα=1 （1-1）

b b a a αααα-︒=-︒=1201202,2

...

a a αα-︒=3606,

b b αα-︒=3606 （1-2）

这样，上平台的铰链点)6..2,1(=i B i 相对于坐标系｛O ’｝的坐标，以及)6...2.1(=i A i 相对于坐标系｛O ｝的坐标就可以求出[1]

： T ai ai i R A ]0,sin ,[cos αα=，T bi bi i R B ]0sin ,[cos ,0αα=（1-3）

运动平台相对于固定平台的位姿可以用坐标系｛O ’｝与坐标系｛O ｝之间的旋转变换R 以及两坐标系之间的q='OO 来表示，当给定运动平台的位置和姿态后，各个连杆向量可以表示为

6...2,1,=-+==i a q RP B A l i i i i i （1-4）

各杆长用i L （i=1.2...6)表示，则有

=i L 6...2.1,=-+i a q RP i i （1-5）

但是杆的长度变化是有限的，这里用min L 和max L 来表示第i 杆的最小和最大值，则杆长的约束可以用下式表示：

max min L l L i ≤≤ （1-6）

当某一杆长达到其极限时，运动平台的给定的参考点也就达到了工作空间的边界。

1.2运动副转角的限制

运动副转角的大小反映了机器人人工智能的伸展性。并联机器人的上下平台与各分支杆相连的关节是球面副，而下平台与各分支杆相连的关节是万向绞，球面副和万向绞的转角范围实际上是有限制的，球面副的转角θ是与球面副的基座固结的坐标系的Z 轴和表示与球面副连接的向量u 来决定的，可以想到，球面副与万向绞的最大转角max θ与运动副的具体结构有关。若第i 个球面副的基座在坐标系｛O ’}中的姿态用向量bi n 来表示，则球面副的转角约束条件可用下式表示: max arccos b i

bi i bi l Rn l θθ≤= （1-7) 同样，万向绞的转角可以用下式表示： max arccos a i

ai i ai l Rn l θθ≤= (1-8) 式中：R 表示万向绞相对于固定坐标系｛O}的姿态；max max a b θθ和分别是球铰和万向绞的最大转角。

若各关节相对于平台的姿态向量为i n l ，这里i n l 是当杆长为)(5.0max min L L +，且上下平台的坐标互相平行时第i 杆的向量，据有关结果表明，这种安装方法能有效扩大关节的转动范围，这时上下平台上各关节的转角分别是[1]： i

i i i bi l R l n n l l arccos =θ (1-9)