基于ROS系统的机械臂建模与路径规划研究开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

随着机器人技术的快速发展，机械臂作为机器人的重要组成部分，已经在工业制造、医疗服务、航空航天等领域得到广泛应用。

为了提高机械臂的自动化和智能化水平，对其进行精确的建模和高效的路径规划是至关重要的。

本选题研究的目的是探索基于机器人操作系统（ros）的机械臂建模与路径规划方法，以实现机械臂在复杂环境中的自主运动。

2. 本选题国内外研究状况综述

近年来，国内外学者在机械臂建模与路径规划领域进行了大量的研究，并取得了丰硕的成果。

在机械臂建模方面，传统的建模方法主要基于拉格朗日方程和牛顿-欧拉方程等经典力学原理，建立机械臂的动力学模型。

近年来，随着计算机技术的发展，基于数值方法的机械臂建模方法得到了广泛应用，例如有限元法、递归牛顿-欧拉法等。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

本选题主要研究基于ros系统的机械臂建模与路径规划方法，具体研究内容如下：
1.ros系统概述：介绍ros系统的架构、特点、常用工具以及在机器人开发中的应用。

2.机械臂运动学建模：研究基于dh参数法的机械臂运动学建模方法，建立机械臂的正运动学和逆运动学模型，并通过实验验证模型的正确性。

3.机械臂动力学建模：研究基于拉格朗日方程的机械臂动力学建模方法，建立机械臂的动力学模型，并通过仿真分析模型的动态特性。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论分析、仿真实验和实物验证相结合的方法，逐步开展以下研究工作：
1.文献调研阶段：查阅国内外相关文献，了解机械臂建模与路径规划领域的最新研究进展，为本研究提供理论基础。

2.ros系统学习阶段：学习ros系统的基本架构、开发流程和常用工具，为后续的仿真实验和实物验证奠定基础。

3.机械臂建模阶段：利用dh参数法和拉格朗日方程建立机械臂的运动学和动力学模型，并通过仿真软件验证模型的准确性。

5. 研究的创新点

本选题的研究创新点主要体现在以下几个方面：
1.基于ros系统的机械臂建模与路径规划一体化研究：将ros系统应用于机械臂建模与路径规划的全过程，实现从建模、仿真到控制的一体化设计，提高开发效率。

2.融合多种路径规划算法：将rrt算法和a算法等多种路径规划算法应用于机械臂路径规划，并通过仿真实验对比分析不同算法的性能，为实际应用提供参考。

3.构建高仿真度的机械臂仿真平台：利用gazebo仿真环境和rviz可视化工具搭建高仿真度的机械臂仿真平台，并在仿真平台中对所提出的方法进行验证，提高研究结果的可信度。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

1. 熊有伦, 刘成, 周平. ros机器人编程与项目实战[m]. 北京:机械工业出版社, 2018.

2. 张明明, 胡震宇, 赵言正, 等. 基于ros的六自由度机械臂运动学仿真研究[j]. 机床与液压, 2021, 49(17): 142-146.

3. 刘鹏, 黄永华, 杨帆, 等. 基于ros的五自由度机械臂运动控制系统设计与实现[j]. 机械设计与制造, 2022(10): 240-244.