D0I:10.13374/i.issn1001053x.2001.01.049, 第23卷第1期 北京科技大学学报 Vol.23 No.1 2001年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2001 轮式移动机械手的点一点运动规划方法 张硕生 余达太 北京科技大学机器人研究所，北京100083 摘要基于轮式移动机械手的移动性与操作性间的关系和轮式移动平台的优化运动区域， 提出了一种新的轮式移动机械手点-点运动规划问题的优化准则，此准则不但包括移动平台的 运动代价和机械手的代价，而且还包括移动机械手偏离优化构形所需的运动代价.最后通过仿 真证明了此协调方法的可行性 关键词轮式移动机械手；点一点运动规划优化准则 分类号TP242 轮式移动机械手一般是由1个多链的固定1 轮式移动机械手 基座机械手和1个轮式移动平台组成的，机械 手安装在轮式移动平台上.这种结构使机械手 轮式移动机械手的移动平台类似于汽车， 拥有几乎无限大的工作空间和高度运动冗余等 车体为矩形，其底部安装着4个轮子，后轮为驱 优点，并同时具有移动和操作功能.因此，近年 动轮，前轮为转向轮，转向轮用来改变平台的运 来，移动机械手正逐渐引起人们的注意.然而， 动方向.平台上的机械手为n个串联的杆件结 移动机械手的协调问题：即如何将一个给定的 构，构形为9m,如图1所示.图中建立的坐标系 任务分解为机械手的操作和平台的移动是应首 有{四，{P}和{B},其中{W为世界坐标系，原点 先解决的问题 o,{x0yn}确定了移动平台运动的水平面；{P} 目前有3种处理移动机械手协调运动的方 为移动平台坐标系，原点0，为平台后轮轴的中 法：第1种方法是由Seraji提出的，他将移动平 点，x轴为平台的纵轴，y,轴平行于后轮轴；{B} 台引入的自由度与多个关节引入的自由度同等 为机械手基座坐标系，原点0，为机械手在移动 对待，将整个系统视为1个冗余机械手；第2 平台上的安装位置，其x和轴分别平行于x,轴 种方法由Yamamoto和Yun提出，他们先按一定 和轴；O.点为机械手末端执行器坐标原点.设 准则使机械手处于理想状态并保持不动，然后 0,的点构形为9(，，，)，其中(x,y)为0，点在 规划移动平台的运动，；第3种方法以Carriker {坐标系的坐标，8，为平台的x,轴与{阶的x轴 和Pi为代表，他们通过准则函数将移动机械 所夹的角，常称为平台的航向角（或方向角），中。 手的路径规划问题化为通用的优化问题)上 为移动平台前轮的偏向角，定义为前轮与平台 述第1种和第2种处理移动机械手协调的方法 末端执行器 都没有充分发挥移动机械手的能力，只是将其 限于1种功能（移动或操作）；第3种方法考虑 操作手 了移动平台和机械手的不同特性，但没有考虑 移动平台的非完整性，也没有考虑两者间的本 质关系 本文针对移动平台的运动特点和移动机械 手的移动性与操作性间的关系6，提出一种新 移动平台 W 的协调运动方法 0w才 收稿日期：2000-05-11张硕生女，30岁，博士 图1移动操作手结构简图 Fig.1 Structural scbematics of mobile manipulator第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 】 一 。 轮式移动机械手的点一点运动规划方法 张硕 生 余达太 北京科技大学机器人研究所 ， 北京 摘 要 基于轮式移动机械手的移动性与操作性间的关系和 轮式移动平 台的优化运 动区域 ， 提 出了一种新 的轮式移动机械手点一点运动规划 问题的优化准则 ， 此准则不但包括移动平台的 运动代价和机械手 的代价 ， 而且还包括移动机械手偏离优化构形所需 的运 动代价 最后通过仿 真证明 了此协调方法 的可行性 关健词 轮式移动机械手 点一点运 动规划 优化准则 分类号 即 轮式移动机械手一般是 由 个多链 的 固定 基座 机械手和 个轮式移动平 台组成 的 ， 机械 手安装在轮式移动平 台上 这种结构使机械手 拥有几乎无 限大的工作空 间和 高度运动冗余等 优点 ， 并 同时具有 移动 和操作功能 因此 ， 近 年 来 ， 移动机械手正逐渐引起人们 的注意 然而 ， 移动机械手 的协调 问题 即如何将一个给定 的 任务分解为机械手 的操作和平 台的移动是应首 先解决 的 问题 目前有 种处理移动机械手协调运动 的方 法 第 种方法是 由 提 出 的 ， 他将移动平 台引人 的 自由度与多个关节引人的 自由度 同等 对待 ， 将整 个系统视为 个冗余机械手 〔， ， 第 种方法 由 、 妞 。 和 提 出 ， 他们先按一定 准则使机械手处 于理想状态并保持不 动 ， 然后 规划移动平 台的运动 口， 第 种方法 以 汝 和 为代表 ， 他们通过准则 函数将移动机械 手 的路径规划 问题化为通用 的优化 问题 ‘ ， ’ 上 述第 种 和第 种 处理移动机械手协调 的方法 都没有充分发挥移动机械手 的能力 ， 只 是将其 限 于 种功 能 移动或操作 第 种方法考虑 了移 动平 台和 机械手 的不 同特性 ， 但没有考虑 移动平 台的非完整性 ， 也没有考虑两者 间 的本 质关系 本文针对移动平 台的运动特点和移动机械 手 的移动性 与操作性 间 的关系降 ， 提 出一 种新 的协调运动方法 收稿 日期 刁 一 张硕生 女 ， 岁 ， 博士 轮式移动机械手 轮式 移动机械手 的移动平 台类似于 汽车 ， 车体为矩形 ， 其底部安装着 个轮子 ， 后 轮为驱 动轮 ， 前轮为转 向轮 ， 转 向轮用来改变平 台的运 动方 向 平 台上 的机械手为 个 串联 的杆件结 构 ， 构形 为 。 ， 如 图 所示 图 中建立 的坐标系 有 哪 ， 和 ， 其 中 科 为世界坐标系 ， 原点 ， 口讥 确定 了移动平 台运动 的水平面 为 移动平 台坐标系 ， 原点口 为平 台后 轮轴 的 中 点 ，凡轴为平 台的纵轴 沂轴平行于后 轮轴 为机械手基座坐标 系 ， 原点口、为机械手在移动 平 台上 的安装位置 ， 其丸和外轴分别平行于凡轴 和外轴 点 为机械手末端执行器坐 标原点 设 马 的点构形 为外 朴 ， 乃 ， 氏 ，其 中 凡 ， 儿 为马点在 科 坐标系的坐标 ， 为平 台的凡轴与 科 的 轴 所夹 的角 ， 常称为平 台的航 向角 或方 向角 盛 为移动平 台前轮 的偏 向角 ， 定义 为前轮与平 台 图 移动操作 手 结构 简 图 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2001．01．049