發(fā)布時間：2017-05-17 15:04

  本文關(guān)鍵詞：模塊化機械臂運動學(xué)與動力學(xué)快速建模研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：模塊化機械臂可以通過構(gòu)型重構(gòu)來適應(yīng)不同的工作環(huán)境或變化的工作任務(wù),它的出現(xiàn)彌補了普通機械臂無法適應(yīng)工作環(huán)境或任務(wù)目標變化的缺點。為了使模塊化機械臂適應(yīng)不同的工作環(huán)境和操作任務(wù),往往需要調(diào)整模塊化機械臂的構(gòu)型。通過多次重構(gòu)尋找最優(yōu)任務(wù)構(gòu)型的過程中,要求在短時間內(nèi)對模塊化機械臂進行多次建模,才能實現(xiàn)對模塊化機械臂的控制和構(gòu)型校驗。因此,進行模塊化機械臂快速建模研究,加快建模速度,縮短模塊化機械臂構(gòu)型設(shè)計周期,具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價值。 本文以模塊化機械臂為研究對象,開展模塊的概念性設(shè)計、模塊化機械臂運動學(xué)快速建模方法、逆運動學(xué)解算算法、基于關(guān)節(jié)空間的機械臂路徑規(guī)劃、模塊化機械臂動力學(xué)快速建模方法等研究,并驗證相應(yīng)算法的可行性。主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面： 首先,分析完整模塊化系統(tǒng)的基本構(gòu)成,闡述模塊化設(shè)計的優(yōu)勢,說明模塊劃分的一般原則,完成模塊的概念性設(shè)計。采用數(shù)學(xué)表達的思想,對設(shè)計的模塊進行數(shù)學(xué)描述,使得可以更加快速的進行模塊化機械臂的建模解算。 其次,開展模塊化機械臂運動學(xué)快速建模方法研究。目的在于針對模塊化機械臂,提高其正運動學(xué)的建模和求解速度。采用基于旋量和指數(shù)積公式的方法,對模塊化機械臂進行正運動學(xué)建模解算。旋量指數(shù)積公式法建立坐標系簡單高效,相比于常用的D-H參數(shù)法,建模過程大大簡化,節(jié)約大量建立坐標系與參數(shù)獲得的時間。以模塊化機械臂為例,對算法進行驗證。 再次,開展模塊化機械臂逆運動學(xué)解算和路徑規(guī)劃研究。利用基于旋量指數(shù)積的正運動學(xué)表達式,通過牛頓-拉夫遜迭代方法,對模塊化機械臂逆運動學(xué)進行求解。全面闡述機械臂路徑規(guī)劃方法,在關(guān)節(jié)空間對模塊化機械臂進行路徑規(guī)劃研究,得到相應(yīng)的規(guī)劃結(jié)果。進行機械臂的路徑規(guī)劃實例試驗,驗證算法的有效性。 最后,利用空間算子代數(shù)理論進行模塊化機械臂的動力學(xué)建模,針對機械臂慣常模型定義其相關(guān)符號,采用模塊的數(shù)學(xué)描述并利用空間轉(zhuǎn)移算子完成模塊化機械臂的速度、加速度向外遞推以及力、力矩向內(nèi)遞推,得到基于空間算子代數(shù)的模塊化機械臂高效逆動力學(xué)解算方法。利用卡爾曼濾波原理對模塊化機械臂廣義質(zhì)量矩陣進行因式分解,簡化其求逆計算,得到模塊化機械臂的高效動力學(xué)模型。針對空間算子代數(shù)的方法進行算法復(fù)雜度的分析,通過實例解算,與牛頓-歐拉方法計算時間進行對比,驗證算法的高效性與實用性。
【關(guān)鍵詞】：模塊化機械臂 運動學(xué)建模 路徑規(guī)劃 動力學(xué)建模
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH113;TP241
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 研究背景與意義10-11
• 1.2 模塊化機械臂研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.1 國外模塊化機械臂研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內(nèi)模塊化機械臂研究現(xiàn)狀12
• 1.3 模塊化機械臂建模方法研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.1 模塊化機械臂運動學(xué)建模方法研究現(xiàn)狀13
• 1.3.2 模塊化機械臂動力學(xué)建模方法研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容及其結(jié)構(gòu)安排14-16
• 第二章 基本模塊的概念性設(shè)計與數(shù)學(xué)描述16-23
• 2.1 引言16
• 2.2 模塊化機械臂的基本構(gòu)成16-17
• 2.3 模塊的概念性設(shè)計17-20
• 2.4 模塊的數(shù)學(xué)描述20-22
• 2.4.1 模塊的數(shù)學(xué)描述方法20-21
• 2.4.2 模塊的數(shù)學(xué)描述實例21-22
• 2.5 本章小節(jié)22-23
• 第三章 基于旋量理論的運動學(xué)快速建模研究23-33
• 3.1 引言23
• 3.2 旋量理論基礎(chǔ)23-26
• 3.2.1 剛體運動的指數(shù)變換23-25
• 3.2.2 運動旋量的伴隨變換25-26
• 3.3 運動學(xué)正解方程26-28
• 3.4 正運動學(xué)建模求解實例28-31
• 3.5 本章小節(jié)31-33
• 第四章 模塊化機械臂的逆運動學(xué)解算與路徑規(guī)劃33-44
• 4.1 引言33
• 4.2 基于牛頓-拉夫遜迭代的逆運動學(xué)解算33-37
• 4.2.1 逆運動學(xué)迭代求解33-36
• 4.2.2 逆運動學(xué)計算實例36-37
• 4.3 模塊化機械臂的關(guān)節(jié)空間路徑規(guī)劃37-42
• 4.3.1 路徑規(guī)劃的基本原理37-40
• 4.3.2 基于關(guān)節(jié)空間的路徑規(guī)劃算法40-41
• 4.3.3 路徑規(guī)劃實例41-42
• 4.4 本章小節(jié)42-44
• 第5章 基于空間算子代數(shù)的動力學(xué)快速建模研究44-53
• 5.1 引言44
• 5.2 基于空間算子代數(shù)方法的動力學(xué)遞推計算44-51
• 5.2.1 基于空間算子代數(shù)方法的符號說明44-45
• 5.2.2 逆動力學(xué)遞推計算45-48
• 5.2.3 正動力學(xué)遞推計算48-50
• 5.2.4 算法復(fù)雜度分析50-51
• 5.3 動力學(xué)解算實例51
• 5.4 本章小結(jié)51-53
• 第6章 模塊化機械臂搭建演示與實例解算53-62
• 6.1 引言53
• 6.2 仿真平臺中模塊化機械臂的搭建53-54
• 6.3 實例建模與解算54-61
• 6.3.1 正運動學(xué)建模55-57
• 6.3.2 逆運動學(xué)解算與路徑規(guī)劃57-60
• 6.3.3 動力學(xué)建模60-61
• 6.4 本章小結(jié)61-62
• 第7章 總結(jié)與展望62-64
• 7.1 主要研究工作總結(jié)62-63
• 7.2 研究展望63-64
• 參考文獻64-68
• 致謝68-69
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄69

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 方紅根;楊軍;;基于模塊化關(guān)節(jié)輕型機械臂的研制[J];上海電氣技術(shù);2011年04期

  本文關(guān)鍵詞：模塊化機械臂運動學(xué)與動力學(xué)快速建模研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：373721