1. 研究目的与意义（文献综述）

1. 研究目的及意义

   随着机器人技术的普及，机器人在工业、农业、医疗、教育、生活、交通、海洋、航天、救灾、军事等方面都获得了大量应用。机器人的研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志，是推进传统产业改造升级和结构调整的重要支撑。与计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且也可以保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约材料消耗以及降低生产成本。因此，研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、 推广机器人的应用是有现实意义的。

   工业4.0的新模式要求机器人和人类之间进行安全合作。与其他机械手臂不同，他们可以在没有任何额外安全措施的情况下互相帮助和协作。这意味着，机器人应具备获取环境的能力，并规划路线避开障碍物和人。人与机器人之间的合作要求机器人可以重新规划到达目标位置的路径，以实时避免与人体部位和障碍物的碰撞，即在手臂移动的同时进行。

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   2. 研究的基本内容与方案

   本文以工业机器人的运动规划为背景，针对抓取任务，通过rrt算法实现工业机器人无碰撞路径规划，通过插值技术对路径进行平滑，最后基于ros搭建工业机器人运动规划平台。

   本文采用通用型六自由度机械臂为研究对象，根据d-h方法建立数学模型，可以依次得到各个关节在基坐标下的位姿矩阵。为解决机械臂整体与障碍物之间碰撞问题，提出了一种基于kinect传感器获取环境空间的系统，在避开物体的同时执行机械手臂的路径规划。让kinect传感器创建一个真正障碍物的点云，并指示moveit！虚拟操纵器不能碰撞的地方，也就是操纵者可以移动到达目标物的位置。动态防撞系统验证的工作环境是用一个长方体盒子形成真正的障碍。虚拟操纵器模型固定在工作台的中心，以便机械手臂保持在盒子和人之间，而不与它们接触。在此阶段，使用 fcl 库检查冲突，用ompl规划器创建路径，路径规划算法采用rrt（快速探索随机树），通过创建状态树来完成从初始姿势到最终姿势的路径规划。机械臂在运行中会发生抖动，应采用满足速度约束条件的三次插值曲线平滑处理，确保机械臂的速度连续性。

   机器人操作系统（ros）是一个包含广泛用于开发机器人程序的框架。通过moveit！相应的应用程序接口，使用c 或者python编程语言编写程序来命令move_group节点执行正运动学求解、逆运动学求解。使用rviz运动规划插件可以在rviz界面上进行虚拟仿真，控制机器人运动，在模拟期间，可以创建具有障碍物的场景，改变机器人姿势的位置或者通过虚拟“世界”移动它们。

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   3. 研究计划与安排

   第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需理论基础。确定方案，完成开题报告。

   第4－5周：熟悉掌握基本理论，完成英文资料的翻译，熟悉开发环境。

   第6－9周：熟悉相关软件构架，搭建系统开发环境。

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   4. 参考文献（12篇以上）

   [1] 胡春旭.ros机器人开发实践[m].机械工业出版社, 2018.

   [2] brito t, lima j, costa p, et al. dynamic collision avoidance system for a manipulator based on rgb-d data[c].iberian robotics conference.springer, cham, 2017: 643-654.

   [3] ragaglia m, zanchettin a m, rocco p.safety-aware trajectory scaling for human-robot collaboration with prediction of human occupancy[c]// international conference on advanced robotics. 2015:85-90.

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