【摘要】：近年來(lái)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中。在實(shí)際應(yīng)用中,機(jī)器人常需要實(shí)時(shí)捕捉一些被拋出的物體(以下簡(jiǎn)稱為“拋物”),因此機(jī)器人捕捉拋物研究一直是研究熱點(diǎn)。針對(duì)機(jī)器人捕捉拋物時(shí)拋物軌跡未知、拋物受到自然風(fēng)干擾時(shí)難以精確捕捉及捕捉成功后的晃動(dòng)研究等關(guān)鍵問(wèn)題,論文深入開(kāi)展了機(jī)器人捕捉拋物算法及其末端晃動(dòng)研究。在機(jī)器人捕捉拋物前,首先需精準(zhǔn)控制機(jī)器人末端位置。論文在分析了六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)上構(gòu)建了機(jī)器人DH模型。在得到機(jī)器人各連桿之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系后建立了機(jī)器人各關(guān)節(jié)之間的姿態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系,得出機(jī)器人DH參數(shù)并列出機(jī)器人DH參數(shù)表。最后開(kāi)展機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解。采用幾何法確定各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度后通過(guò)機(jī)器人關(guān)節(jié)位置反饋系統(tǒng),使機(jī)器人末端到達(dá)指定位置。在精確控制機(jī)器人末端位置的基礎(chǔ)上,論文提出了基于卡爾曼濾波的機(jī)器人捕捉軌跡未知拋物的算法。在機(jī)器人捕捉軌跡未知拋物時(shí),模擬人捕捉拋物的思想,提出首先通過(guò)預(yù)測(cè)拋物的軌跡,預(yù)判機(jī)器人出機(jī)器人的近似捕捉點(diǎn),并使機(jī)器人提前運(yùn)動(dòng)至該點(diǎn)等待;當(dāng)拋物進(jìn)入機(jī)器人工作空間時(shí)再提出基于卡爾曼濾波的捕捉算法,使機(jī)器人克服擾動(dòng)實(shí)現(xiàn)精確捕捉。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在采用多組不同的動(dòng)態(tài)軌跡未知拋物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的情況下,機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)精確的捕捉。在實(shí)際應(yīng)用中,室內(nèi)環(huán)境在門窗打開(kāi)的情況下,自然風(fēng)的影響是不可避免的。當(dāng)拋物質(zhì)量較輕時(shí),自然風(fēng)將明顯影響其運(yùn)動(dòng)軌跡。論文提出了自然風(fēng)環(huán)境下機(jī)器人捕捉拋物算法。首先建立自然風(fēng)環(huán)境下拋物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)方程及測(cè)量方程,計(jì)算出自然風(fēng)加速度均值并分析其統(tǒng)計(jì)特性及概率分布,建立其與標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的關(guān)系進(jìn)而求出方差,采用卡爾曼濾波更新控制量并調(diào)整方差,獲取拋物精確位置。仿真結(jié)果表明:采用兩組不同均值的自然風(fēng)干擾,機(jī)器人末端可準(zhǔn)確跟蹤拋物運(yùn)動(dòng)軌跡。在機(jī)器人成功捕捉拋物后,為確保機(jī)器人運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性,論文對(duì)機(jī)器人末端晃動(dòng)進(jìn)行了研究。機(jī)器人捕捉拋物完成后,其狀態(tài)將由運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止,此時(shí)機(jī)器人的各關(guān)節(jié)不再轉(zhuǎn)動(dòng)。但由于機(jī)器人系統(tǒng)的慣性,機(jī)器人的末端將會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)。論文提出采用加速度傳感器分別測(cè)量機(jī)器人末端X、Y、Z軸方向上加速度.采用梯形數(shù)值積分法對(duì)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行二次積分,將其轉(zhuǎn)換成位移信號(hào),進(jìn)而獲得機(jī)器人末端晃動(dòng)的位移數(shù)據(jù),并對(duì)其進(jìn)行了頻譜分析,可知機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)速度逐漸降低時(shí),其末端X方向上位移逐漸減小,Y、Z方向上位移逐漸增大。通過(guò)本文的研究,提出了一種“先預(yù)判,再捕捉”的機(jī)器人捕捉軌跡未知拋物的算法,提高了捕捉精度,降低了算法的復(fù)雜度。針對(duì)自然風(fēng)環(huán)境下機(jī)器人捕捉拋物,提出了自然風(fēng)環(huán)境下機(jī)器人捕捉拋物算法,有效地提高了自然風(fēng)環(huán)境下機(jī)器人捕捉拋物的成功率。同時(shí)對(duì)機(jī)器人捕捉拋物后的末端晃動(dòng)進(jìn)行了研究,為機(jī)器人的安全運(yùn)行提高了理論支撐。
【學(xué)位授予單位】：安徽師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242
【圖文】：

ETS-VII太空機(jī)器人[25]

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本文編號(hào)：2745309