本文關(guān)鍵詞：冗余度雙臂工業(yè)機(jī)器人虛擬樣機(jī)的研究

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【摘要】：隨著社會(huì)與科技的發(fā)展,機(jī)器人已應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,對(duì)機(jī)器人提出了更高的要求。越來越復(fù)雜的操作環(huán)境和任務(wù)要求,使得避障規(guī)劃和雙臂協(xié)調(diào)操作規(guī)劃成為了亟需解決的關(guān)鍵問題,針對(duì)冗余度雙臂工業(yè)機(jī)器人虛擬樣機(jī)的研究具有重要意義。本課題針對(duì)以上兩個(gè)關(guān)鍵問題,在理論建模的基礎(chǔ)上,提出了冗余度雙臂工業(yè)機(jī)器人的虛力避障規(guī)劃算法和面向操作對(duì)象的協(xié)調(diào)操作規(guī)劃算法,并通過虛擬樣機(jī)仿真分析對(duì)算法進(jìn)行了驗(yàn)證。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:1.利用D-H參數(shù)法對(duì)七自由度機(jī)械臂進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)建模,分析了冗余度機(jī)械臂的自運(yùn)動(dòng)特性和基于梯度投影法的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解;利用牛頓歐拉方法對(duì)七自由度機(jī)械臂進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模,為后續(xù)的研究了提供理論基礎(chǔ)。2.針對(duì)機(jī)器人的避障規(guī)劃問題,利用冗余度機(jī)械臂的自運(yùn)動(dòng)特性和運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解,結(jié)合基于最小距離的碰撞檢測(cè),設(shè)計(jì)了虛擬推力避障規(guī)劃算法,解決了障礙物影響機(jī)械臂中間桿件運(yùn)動(dòng)的問題;在此基礎(chǔ)上引入兩個(gè)任務(wù)轉(zhuǎn)換系數(shù),實(shí)現(xiàn)了末端軌跡和避障運(yùn)動(dòng)的主次任務(wù)轉(zhuǎn)換,解決了障礙物影響末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)的特殊問題。3.針對(duì)冗余度雙臂工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)在緊協(xié)調(diào)約束條件下的協(xié)調(diào)操作問題,根據(jù)面向?qū)ο蟮膮f(xié)調(diào)操作思想,定義了雙臂協(xié)調(diào)操作空間,設(shè)計(jì)了雙臂機(jī)器人系統(tǒng)面向操作對(duì)象的協(xié)調(diào)操作算法,并結(jié)合七自由度機(jī)械臂的避障規(guī)劃設(shè)計(jì)了冗余度雙臂機(jī)器人的協(xié)調(diào)避障算法。4.基于模塊化關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)了冗余度雙臂機(jī)器人的三維模型,搭建了系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)平臺(tái),并利用虛擬樣機(jī)對(duì)理論模型和算法進(jìn)行了仿真分析,并與數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證了理論建模的正確性以及算法的有效性和可靠性。
【關(guān)鍵詞】：雙臂機(jī)器人 冗余度機(jī)械臂 避障規(guī)劃 協(xié)調(diào)控制 虛擬樣機(jī)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 課題來源及研究背景和意義10-11
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 課題研究背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 雙臂機(jī)器人產(chǎn)品11-13
• 1.2.2 主要研究?jī)?nèi)容13-14
• 1.2.3 雙臂機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制14-15
• 1.2.4 虛擬樣機(jī)技術(shù)15-16
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 1.4 本章小結(jié)17-18
• 第二章 七自由度機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模18-32
• 2.1 引言18-19
• 2.2 剛體位姿的描述19-23
• 2.2.1 旋轉(zhuǎn)矩陣19
• 2.2.2 歐拉角19-21
• 2.2.3 等效轉(zhuǎn)軸等效轉(zhuǎn)角21-22
• 2.2.4 四元數(shù)與歐拉參數(shù)22-23
• 2.2.5 歐拉角速度與絕對(duì)角速度23
• 2.3 七自由度機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)建模23-29
• 2.3.1 七自由度機(jī)械臂24-25
• 2.3.2 正向運(yùn)動(dòng)學(xué)25-28
• 2.3.3 速度雅可比矩陣28
• 2.3.4 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解28-29
• 2.4 七自由度機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模29-31
• 2.4.1 牛頓歐拉方法29-30
• 2.4.2 動(dòng)力學(xué)遞推30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第三章 七自由度機(jī)械臂避障規(guī)劃32-46
• 3.1 引言32
• 3.2 冗余度機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解32-33
• 3.3 冗余度機(jī)械臂避障規(guī)劃33-41
• 3.3.1 虛擬推力避障33-35
• 3.3.2 七自由度機(jī)械臂避障規(guī)劃算法35-37
• 3.3.3 末端位姿插值37
• 3.3.4 數(shù)值仿真分析37-41
• 3.4 主次任務(wù)轉(zhuǎn)換避障規(guī)劃41-45
• 3.4.1 主次任務(wù)轉(zhuǎn)換41-42
• 3.4.2 數(shù)值仿真分析42-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第四章 冗余度雙臂機(jī)器人協(xié)調(diào)控制規(guī)劃46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 協(xié)調(diào)操作空間46-48
• 4.2.1 廣義絕對(duì)位姿向量46-48
• 4.2.2 廣義相對(duì)位姿向量48
• 4.3 廣義速度雅可比矩陣48-53
• 4.3.1 廣義絕對(duì)速度雅可比49-50
• 4.3.2 廣義相對(duì)速度雅可比50-52
• 4.3.3 廣義速度雅可比52-53
• 4.4 雙臂協(xié)調(diào)操作與避障規(guī)劃算法53-54
• 4.4.1 協(xié)調(diào)操作規(guī)劃算法53
• 4.4.2 協(xié)調(diào)避障規(guī)劃算法53-54
• 4.5 本章小結(jié)54-56
• 第五章 冗余度雙臂機(jī)器人的虛擬樣機(jī)仿真分析56-74
• 5.1 引言56
• 5.2 雙臂機(jī)器人虛擬樣機(jī)的建立56-61
• 5.2.1 Adams軟件介紹56-57
• 5.2.2 基于模塊化關(guān)節(jié)的雙臂機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)57-60
• 5.2.3 虛擬樣機(jī)的搭建60-61
• 5.3 七自由度機(jī)械臂仿真分析61-63
• 5.3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析61-62
• 5.3.2 動(dòng)力學(xué)仿真分析62-63
• 5.4 雙臂協(xié)調(diào)控制算法仿真分析63-68
• 5.4.1 數(shù)值仿真分析63-65
• 5.4.2 虛擬樣機(jī)仿真分析65-68
• 5.5 雙臂協(xié)調(diào)避障算法仿真分析68-73
• 5.5.1 數(shù)值仿真分析68-70
• 5.5.2 虛擬樣機(jī)仿真分析70-73
• 5.6 本章小結(jié)73-74
• 第六章 總結(jié)與展望74-76
• 6.1 總結(jié)74-75
• 6.2 展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 致謝80-81
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文81

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