本文關鍵詞：多自由度串聯(lián)機器人運動學分析與仿真，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文研究的主要內(nèi)容為7自由度串聯(lián)機器人運動學的分析與仿真。在查看大量文獻的基礎上學習并運用D-H參數(shù)法和旋量法分別建立機器人運動學正解的方法。利用D-H參數(shù)法計算運動學正解時,首先根據(jù)連桿之間的相互關系和關節(jié)類型建立D-H坐標系,在此基礎上確定各個坐標系的參數(shù)并建立坐標轉(zhuǎn)換矩陣,最后把各個坐標轉(zhuǎn)換矩陣相疊加得到該機器人的運動學正解。利用旋量法計算運動學正解時,首先建立基坐標系并確定各個關節(jié)軸線的單位向量,再根據(jù)連桿的位置找出各個連桿上的點,帶入到運動旋量的指數(shù)矩陣中,根據(jù)機器人的初始位姿建立其末端的初始位姿矩陣,最后把得到的運動旋量的指數(shù)矩陣與初始位姿矩陣依次連乘得到該機器人的運動學正解。在得到的兩組正解的基礎上進行運動學的仿真,以對比D-H參數(shù)法和旋量法的異同和各自的優(yōu)缺點:兩者需要建立坐標系的個數(shù)不同;一般情況下兩種方法建立的基坐標系位置不同;D-H參數(shù)法建立初始位置關節(jié)轉(zhuǎn)角可能不為零,而旋量法必為零;D-H參數(shù)法不能描述相對應的坐標系沿y軸方向的轉(zhuǎn)動和移動;旋量法在后續(xù)計算過程中造成的累計誤差較小。通過分析得出旋量法在運動學正解計算時具有一定的優(yōu)勢。運動學的逆解分析與仿真部分以旋量法建立的運動學正解為基礎,采用位姿分離法與幾何法以及最短行程原則相結(jié)合的方法,分析計算其運動學逆解。這種算法能夠得到第2,3,4,5,6,7個關節(jié)的解析解以及第1個關節(jié)的數(shù)值解,集計算和優(yōu)化為一體,計算過程也比較簡單,效率及精度高。逆解的仿真采用單點仿真和連續(xù)點仿真兩種方法,其中單點的仿真能夠估算該方法的計算精度,連續(xù)點仿真證實該方法的連續(xù)性�；谶\動學的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化分析部分,首先運用蒙特卡羅法計算得到工作空間點云圖,根據(jù)工作空間點云圖進行分層計算,采用子空間體積的疊加方法得到該機器人工作空間的總體積,然后以工作空間體積為分析基礎,在單個連桿長度以及組合連桿長度改變的情況下分析工作空間體積的變化規(guī)律,為后續(xù)綜合各方面因素確定優(yōu)化方案提供參考。
【關鍵詞】：串聯(lián)機器人 D-H參數(shù)法 旋量法 運動學逆解 工作空間體積
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 引言10
• 1.2 串聯(lián)機器人的發(fā)展概況10-11
• 1.3 串聯(lián)機器人運動學的研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3.1 運動學正解的研究方法12
• 1.3.2 運動學逆解的國內(nèi)外研究方法12-15
• 1.4 課題研究的目的和意義15-16
• 1.5 課題的主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 串聯(lián)機器人運動學正解17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 D-H參數(shù)法計算運動學正解17-22
• 2.2.1 坐標系的建立18
• 2.2.2 幾何參數(shù)的確立18
• 2.2.3 齊次變換矩陣的建立18-19
• 2.2.4 D-H參數(shù)法求解7自由度串聯(lián)機器運動學正解19-22
• 2.3 旋量法求解串聯(lián)機器人運動學正解22-26
• 2.3.1 旋量法的運動學建模22-23
• 2.3.2 旋量法求解7自由度串聯(lián)機器人運動學正解23-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第3章 兩種方法計算運動學正解的對比分析27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 基于D-H參數(shù)法的運動學正解仿真分析27-33
• 3.2.1 末端執(zhí)行器位置仿真28-31
• 3.2.2 末端執(zhí)行器姿態(tài)仿真31-33
• 3.3 基于旋量法計算所得正解仿真分析33-39
• 3.3.1 末端執(zhí)行器位置仿真34-37
• 3.3.2 末端執(zhí)行器姿態(tài)仿真37-39
• 3.4 兩種方法的比較分析39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第4章 7 自由度串聯(lián)機器人運動學逆解計算41-49
• 4.1 引言41
• 4.2 運動學逆解計算41-46
• 4.3 逆解仿真46-48
• 4.3.1 單點的數(shù)值仿真46-47
• 4.3.2 連續(xù)點的數(shù)值仿真47-48
• 4.4 本章小結(jié)48-49
• 第5章 基于工作空間的參數(shù)優(yōu)化分析49-59
• 5.1 引言49
• 5.2 基于蒙特卡羅法的工作空間仿真49-51
• 5.3 工作空間體積的計算51-53
• 5.4 連桿長度對工作空間體積的影響分析53-58
• 5.4.1 單個連桿長度對工作空間體積的影響規(guī)律分析53-56
• 5.4.2 分組分析連桿對工作空間體積的影響規(guī)律56-58
• 5.5 本章小結(jié)58-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻60-65
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單65-66
• 致謝66

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本文編號：308698