本文關(guān)鍵詞：移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其優(yōu)化研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》 2014年

移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其優(yōu)化研究

馬國(guó)慶  

【摘要】：隨著科技進(jìn)步和社會(huì)的飛速發(fā)展，服務(wù)機(jī)器人在助老助殘、迎賓看護(hù)等方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，與人類的接觸也越來(lái)越多，使人們從中受益良多。本文的主要目的是為移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)一款機(jī)械臂，并通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化和基于性能指標(biāo)的尺寸優(yōu)化對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使其具有高剛度、輕質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)靈活且平穩(wěn)的特點(diǎn)。 首先，根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求結(jié)合人體工程學(xué)理論確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對(duì)機(jī)械臂的各種構(gòu)型進(jìn)行分析，并以全局相對(duì)可操作度值為指標(biāo)求得機(jī)械臂的最優(yōu)構(gòu)型。根據(jù)人體測(cè)量學(xué)理論，確定機(jī)械臂的尺寸和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角范圍，使其具有與人相似的靈活性。在此基礎(chǔ)上確定了驅(qū)動(dòng)方式、計(jì)算并利用仿真求得驅(qū)動(dòng)力，為驅(qū)動(dòng)模塊的選型提供依據(jù)、確定了走線方式、完成了大小臂等連接桿件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并從拓?fù)漭p量化和材料輕量化兩個(gè)途徑，實(shí)現(xiàn)大臂及整個(gè)機(jī)械臂的輕量化，完成了模塊化機(jī)械臂虛擬樣機(jī)的構(gòu)建，使其具有高剛度、輕質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)靈活的特點(diǎn)。 其次，對(duì)移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人機(jī)械臂所要完成的動(dòng)作類型進(jìn)行分析，結(jié)合機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的特殊性，對(duì)機(jī)械臂模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立簡(jiǎn)化后機(jī)械臂的D-H參數(shù)模型，，并進(jìn)行正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。求解其雅克比矩陣，為基于雅克比矩陣性能指標(biāo)的提出奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；求取機(jī)械臂的工作空間，為評(píng)價(jià)機(jī)械臂尺寸優(yōu)化效果提供標(biāo)準(zhǔn)。 再次，根據(jù)移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)合和功能特點(diǎn)，提出了評(píng)價(jià)機(jī)械臂性能的最大工作空間距離指標(biāo)、靜剛度性能指標(biāo)和全域速度波動(dòng)性能指標(biāo)。通過(guò)優(yōu)化目標(biāo)的耦合性分析確定了優(yōu)化目標(biāo)的耦合關(guān)系，進(jìn)而確定最大工作空間距離性能指標(biāo)和全域速度波動(dòng)性能指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)；通過(guò)優(yōu)化變量的靈敏度分析確定了優(yōu)化目標(biāo)對(duì)各優(yōu)化變量的敏感程度，根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求及實(shí)際條件確定了約束條件，在此基礎(chǔ)上建立了機(jī)械臂尺寸優(yōu)化的數(shù)學(xué)函數(shù)模型。尺寸優(yōu)化函數(shù)模型多目標(biāo)多約束的特點(diǎn)，為優(yōu)化算法的選取提供了條件。 最后，根據(jù)優(yōu)化函數(shù)模型多目標(biāo)多約束的特點(diǎn)，決定采取基于Pareto占優(yōu)原則選擇最優(yōu)解的多目標(biāo)粒子群算法作為求解方法。針對(duì)粒子群算法在多目標(biāo)求解中存在的不足，對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)，并引入時(shí)間飛行因子，提出了改進(jìn)的多目標(biāo)粒子群算法。通過(guò)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試函數(shù)驗(yàn)證算法改進(jìn)的效率，求解精度得到提高。用改進(jìn)的多目標(biāo)粒子群算法對(duì)優(yōu)化函數(shù)模型求解，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，從理論上證明了尺寸優(yōu)化對(duì)減小機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度波動(dòng)的有效性。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果在實(shí)際應(yīng)用中的正確性和有效性。從而證明通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化和尺寸優(yōu)化的有機(jī)結(jié)合，可使設(shè)計(jì)的機(jī)械臂具有高剛度、輕質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)靈活且平穩(wěn)的特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

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【參考文獻(xiàn)】

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3 黃登峰;陳力;;基于雙向映射神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的漂浮基空間機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)控制[A];慶祝中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)成立50周年暨中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)’2007論文摘要集（下）[C];2007年

4 陳瑞燕;梁輝;馮永;;用于深水水下設(shè)備下放安裝的多功能機(jī)械臂[A];第十三屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)第13分會(huì)場(chǎng)-海洋工程裝備發(fā)展論壇論文集[C];2011年

5 朱華里;張芳;;電機(jī)控制下的一類彈性機(jī)械臂系統(tǒng)的鎮(zhèn)定[A];1996年中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];1996年

6 鄭樺;叢爽;魏子翔;;提高實(shí)際繪圖精度與速度的二自由度機(jī)械臂控制[A];2007年中國(guó)智能自動(dòng)化會(huì)議論文集[C];2007年

7 劉達(dá);王田苗;張浩;;一種用于輔助外科手術(shù)的機(jī)械臂設(shè)計(jì)[A];第十二屆全國(guó)機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2000年

8 韓清凱;張昊;高培鑫;劉金國(guó);;機(jī)械臂系統(tǒng)控制同步的非線性動(dòng)力學(xué)特性研究[A];第十四屆全國(guó)非線性振動(dòng)暨第十一屆全國(guó)非線性動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集與會(huì)議議程[C];2013年

9 梁捷;陳力;;漂浮基空間機(jī)械臂姿態(tài)與末端抓手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的模糊變結(jié)構(gòu)滑�？刂芠A];慶祝中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)成立50周年暨中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)’2007論文摘要集（下）[C];2007年

10 劉慶杰;許向陽(yáng);戴亞平;;基于機(jī)械臂轉(zhuǎn)速的遠(yuǎn)程廣義最小方差控制[A];全國(guó)煉鋼連鑄過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2006年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 ;[N];新華每日電訊;2008年

2 葛秋芳;[N];新華每日電訊;2008年

3 毛毛;[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2000年

4 ;[N];中國(guó)信息報(bào);2000年

5 王曉晨 潘晨;[N];中國(guó)航天報(bào);2012年

6 田兆運(yùn) 張曉祺;[N];新華每日電訊;2013年

7 通訊員 祁登峰 記者 付毅飛;[N];科技日?qǐng)?bào);2014年

8 子虎;[N];北京科技報(bào);2004年

9 張雪松;[N];中國(guó)航天報(bào);2013年

10 ;[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2003年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王琨;提高串聯(lián)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)精度的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

2 杜濱;全方位移動(dòng)機(jī)械臂協(xié)調(diào)規(guī)劃與控制[D];北京工業(yè)大學(xué);2013年

3 張鵬;機(jī)械臂協(xié)調(diào)操作柔性負(fù)載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制[D];吉林大學(xué);2010年

4 唐志國(guó);機(jī)械臂操作柔性負(fù)載系統(tǒng)分布參數(shù)建模與控制方法研究[D];吉林大學(xué);2011年

5 叢佩超;空間機(jī)械臂抓取目標(biāo)的碰撞前構(gòu)型規(guī)劃與控制問(wèn)題研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

6 廖一寰;空間自由漂浮機(jī)械臂系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

7 石進(jìn)峰;空間機(jī)械臂熱控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2014年

8 張奇;輕型機(jī)械臂系統(tǒng)及其基于無(wú)源性理論的柔順控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

9 劉洋;單馬達(dá)驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2009年

10 鄭樺;機(jī)械臂系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制研究與實(shí)現(xiàn)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉磊;機(jī)械臂操作柔性負(fù)載系統(tǒng)柔順控制方法研究[D];吉林大學(xué);2009年

2 陳戈軍;基于雙目立體視覺(jué)的機(jī)械臂手端定位方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

3 李娜;考慮關(guān)節(jié)非線性的機(jī)械臂抓取動(dòng)力學(xué)建模與分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

4 薛環(huán)振;運(yùn)用機(jī)械臂的計(jì)算機(jī)書(shū)法創(chuàng)作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[D];華東師范大學(xué);2011年

5 王海燕;二自由度檢修機(jī)械臂的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2007年

6 蘇航;柔性空間機(jī)械臂建模與參數(shù)辨識(shí)研究[D];重慶大學(xué);2013年

7 覃海強(qiáng);機(jī)械臂力/位置混合控制方法研究[D];重慶大學(xué);2013年

8 宋春雨;仿人機(jī)械臂構(gòu)型綜合與臂姿規(guī)劃[D];北京工業(yè)大學(xué);2013年

9 徐梁;基于性能約束的空間機(jī)械臂軌跡跟蹤控制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

10 毛志剛;撓性空間機(jī)械臂剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)與控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：移動(dòng)服務(wù)機(jī)器人機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其優(yōu)化研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：107947