文 献 综 述

一、课题研究背景及意义

1.1机械臂研究背景

随着人类社会的发展以及各领域科技的进展,制造机器人已经从人类的梦想变为日益增长的社会需求。机器人的应用提高了人类的生活品质,同时为人类探索未知世界、发展更高层次的科技提供了极为重要的手段。该产业发展的初期,机器人主要被用于工业生产,代替人类执行极为粗重或极为精密的劳动以及一些重复性工作。随着该产业相关领域的发展,机器人的性能逐渐提高,其应用拓展至军事、医学、未知环境探索（外太空、深海等）、娱乐等领域。移动机械臂作为机器人的一种重要形态在以上产业中皆扮演着极其重要的角色。例如：2003年6月美国宇航局先后向火星发射了”勇气号”和”机遇号”星球探索机器人,并在2011年发射自主能力更强的”好奇号”星球探索机器人,三者均属轮式移动机械臂^[11]。2013年中国工信部对我国工业机器人产业进行了战略层面的规划指导，指出五年内的发展目标。2014年，国家主席习近平阐明了”机器人革命＂的深远意义，并指明要全力发展中国机器人事业，在国际市场中巧取重要席位。此外，我国在国家高技术研究发展计划、国家自然科学基金、国家科技重大专项基金等规划中对机器人技术研究也寄予厚望^[10]。

1.2人机协作机械臂的研究意义

机械臂能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械臂是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

而对于人机协作下的机械臂的研究，主要是实现友好的人机交互。当前，随着人们对工业、医疗、服务水平要求的不断提高，我们迫切的希望机器人能够更加的像人，并且能够和人”并肩作战”。

图 1-1.人机协作下的机器人

二、国内外发展现状

基于多种人机交互信息的机器人能够通过示教学习(learning from demonstration)，完成在新环境下对示教动作的再现，不需要操作者具有良好的专业知识背景和编程能力。因此，示教学习已成为机器人领域的核心课题之一。运动规划是移动机械臂在确定性或不确定性环境中执行任务的前提,也是进行运动控制的基础,其主要理论源于计算几何学、图论、概率论和启发算法等。机械臂的运动规划主要用于生成轨迹、跟踪轨迹、避障或执行其他任务,通常可分为轨迹规划、序列规划与行为规划等几方面。本次课题主要研究机械臂的轨迹生成规划问题。