移動無人生物安全實驗室機械臂運動規(guī)劃和在線避障研究.pdf

1、非典型肺炎(SARS)和高致病性禽流感使得政府和國人都認識到我國在生物安全領域面臨的嚴峻形勢;2014年世界衛(wèi)生組織(WHO)發(fā)表數(shù)據(jù)顯示埃博拉出血熱疫情肆虐西非三國，引發(fā)全世界對生物安全前所未有的高度重視;以腸出血性大腸埃希菌為代表的食源性病原微生物引起的食源性疾病成為全球食品安全的核心問題，換言之，生物安全問題已經(jīng)成為人類不容忽視的身邊問題。而上述問題關鍵的病原體分離檢測信和息獲取就需要在生物安全實驗室進行，但目前固定建筑式生物安全

2、實驗室存在無法及時機動抵達現(xiàn)場、第一時間原位開展病原體分離檢測，更難以避免樣本轉(zhuǎn)運過程中可能污染等問題;移動生物安全實驗室可以避免上述問題，但是基于保障操作人員安全而設計的防護措施導致其體積龐大、功耗過大、工作時間短、造價昂貴、機動性差等缺點。綜上，本文基于機器人和人工智能技術開展“移動無人生物安全實驗室”研究。
　　本文旨在滿足高致病性微生物現(xiàn)場檢測的實際需求、在廣泛查閱了國內(nèi)外相關生物安全實驗室的設計規(guī)范的基礎上，創(chuàng)造性地采用

3、無人智能系統(tǒng)設計理念開展了移動無人生物安全實驗室的設計，并重點針對無人生物安全實驗室復雜操作的主要執(zhí)行機構(gòu)多自由度(不小于6)高可靠性工業(yè)級機械臂的運動規(guī)劃和在線避障技術進行研究。
　　本論文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:
　　1.提出了基于生物安全實驗室的設計規(guī)范、采用無人智能系統(tǒng)設計理念的移動無人生物安全實驗室的設計方案，研究了基于D-H模型的機械臂運動學正解、適配于生物安全實驗的內(nèi)部儀器布局的優(yōu)化設計方法。
　　2.

4、建立了無人生物安全實驗室機械臂和儀器設備的包圍盒樹包絡模型，進行復雜環(huán)境的碰撞分析，提出了基于包圍盒樹包絡模型的碰撞判定算法。
　　3.提出了約束機械手姿態(tài)的隨機概率路圖(CMO-PRM，Constrained ManipulatorOrientation-Probabilistic Roadmap)機械臂運動規(guī)劃算法，完成了基于CMO-PRM算法的機械臂運動路線規(guī)劃程序編寫。
　　4.提出有限退避快速擴展隨機樹(RL-RR