發(fā)布時間：2022-12-17 11:06

　　空間機械臂系統(tǒng)作為空間站的一個重要子系統(tǒng),在人類探索太空的進程中發(fā)揮著重要的作用。本課題以冗余自由度的空間機械臂為研究對象,在運動學(xué)和動力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,對其進行多目標(biāo)軌跡規(guī)劃研究和任務(wù)規(guī)劃研究:首先,對冗余自由度的空間機械臂進行運動學(xué)和動力學(xué)分析。采用改進的DH方法建立空間機械臂的運動學(xué)模型,利用矢量積方法計算機械臂的雅可比矩陣。采用阻尼最小二乘法求解冗余自由度機械臂的逆運動學(xué),結(jié)合梯度投影法,可以發(fā)揮冗余自由度機械臂在性能指標(biāo)優(yōu)化方面的優(yōu)勢。采用改進的Newton-Euler方法求解機械臂的逆動力學(xué)。應(yīng)用基于動力學(xué)模型一般方程的方法計算機械臂正動力學(xué),其計算過程主要分為求取關(guān)節(jié)角加速度和數(shù)值積分兩大步驟。冗余自由度空間機械臂的運動學(xué)仿真和動力學(xué)仿真分別通過在Matlab軟件中搭建Simulink模型和Sim Mechanics模型實現(xiàn)。然后,對空間機械臂進行多目標(biāo)軌跡規(guī)劃研究。采用三次均勻B樣條曲線構(gòu)造速度和加速度都連續(xù)的空間機械臂關(guān)節(jié)軌跡。分別以機械臂的運動時間最短、能量消耗最少、軌跡沖擊最小作為三個相互獨立的優(yōu)化目標(biāo),以機械臂的關(guān)節(jié)位移、速度、加速度和關(guān)節(jié)力矩的限制作為約束條件... 

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題的研究背景和研究意義
    1.2 空間機械臂的發(fā)展和應(yīng)用綜述
    1.3 冗余機械臂建模方法概述
        1.3.1 冗余機械臂運動學(xué)建模方法概述
        1.3.2 冗余機械臂動力學(xué)建模方法概述
    1.4 機械臂多目標(biāo)軌跡規(guī)劃研究現(xiàn)狀
    1.5 空間機械臂任務(wù)規(guī)劃研究現(xiàn)狀
    1.6 課題來源和本文的主要研究內(nèi)容
第2章 冗余自由度機械臂運動學(xué)和動力學(xué)研究
    2.1 引言
    2.2 冗余自由度機械臂運動學(xué)分析
        2.2.1 運動學(xué)建模與正運動學(xué)分析
        2.2.2 基于奇異魯棒性逆的逆運動學(xué)分析
    2.3 冗余自由度機械臂動力學(xué)分析
        2.3.1 動力學(xué)建模與逆動力學(xué)分析
        2.3.2 基于動力學(xué)一般方程的正動力學(xué)分析
    2.4 算法驗證與仿真
        2.4.1 基于Simulink的逆運動學(xué)仿真
        2.4.2 基于SimMechanics的正動力學(xué)仿真
    2.5 本章小結(jié)
第3章 空間機械臂多目標(biāo)軌跡規(guī)劃研究
    3.1 引言
    3.2 基于B樣條曲線的關(guān)節(jié)空間軌跡構(gòu)造
        3.2.1 B樣條曲線理論基礎(chǔ)
        3.2.2 三次均勻B樣條曲線的構(gòu)造
    3.3 多目標(biāo)軌跡規(guī)劃問題的數(shù)學(xué)模型
        3.3.1 目標(biāo)函數(shù)
        3.3.2 約束條件
    3.4 基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化問題求解
        3.4.1 遺傳算法的基本原理
        3.4.2 遺傳算法的實現(xiàn)步驟和關(guān)鍵參數(shù)
    3.5 算法驗證與仿真
        3.5.1 優(yōu)化問題的描述
        3.5.2 遺傳算法的設(shè)計
        3.5.3 優(yōu)化結(jié)果及分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 空間機械臂任務(wù)規(guī)劃研究
    4.1 引言
    4.2 空間機械臂的在軌任務(wù)模型
    4.3 空間機械臂綜合目標(biāo)優(yōu)化
        4.3.1 Pareto最優(yōu)解集的定義
        4.3.2 基于NSGA-Ⅱ的Pareto最優(yōu)解集求解
    4.4 算法驗證與仿真
        4.4.1 優(yōu)化問題的描述
        4.4.2 NSGA-Ⅱ算法的設(shè)計
        4.4.3 多目標(biāo)綜合優(yōu)化結(jié)果及分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 實驗研究
    5.1 引言
    5.2 實驗平臺介紹
    5.3 任務(wù)空間軌跡規(guī)劃實驗
        5.3.1 基于反饋策略的阻尼最小二乘法
        5.3.2 任務(wù)空間直線軌跡規(guī)劃實驗
        5.3.3 任務(wù)空間圓弧軌跡規(guī)劃實驗
    5.4 空間機械臂多目標(biāo)軌跡規(guī)劃實驗
    5.5 空間機械臂任務(wù)規(guī)劃實驗
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于五次NURBS的機械臂時間-能量-平滑性多目標(biāo)軌跡優(yōu)化[J]. 施祥玲,方紅根,郭為忠.  機械設(shè)計與研究. 2017(01)
[2]空間機械臂技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 劉宏,蔣再男,劉業(yè)超.  載人航天. 2015(05)
[3]基于微分進化算法的平面度誤差評定[J]. 王東霞,溫秀蘭,汪鳳林.  組合機床與自動化加工技術(shù). 2013(12)
[4]基于INSGA-Ⅱ算法的機械手多目標(biāo)軌跡規(guī)劃[J]. 王會方,朱世強,吳文祥.  浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2012(04)
[5]一種仿人機械臂的運動學(xué)逆解的幾何求解方法[J]. 陳鵬,劉璐,余飛,李洪誼,陽方平,王雪竹.  機器人. 2012(02)
[6]工業(yè)機器人的最優(yōu)時間與最優(yōu)能量軌跡規(guī)劃[J]. 徐海黎,解祥榮,莊健,王孫安.  機械工程學(xué)報. 2010(09)
[7]基于狀態(tài)空間的機械臂軌跡規(guī)劃[J]. 謝文龍,蘇劍波.  控制與決策. 2009(01)
[8]空間機器人的任務(wù)規(guī)劃和路徑規(guī)劃[J]. 樊濱溫,潘少靜,張炯,呂偉新,王忠立.  電氣自動化. 1999(06)
[9]日本實驗艙的進展[J]. 范劍峰.  中國航天. 1994(09)

博士論文
[1]基于李群李代數(shù)的統(tǒng)一開閉環(huán)機械多體系統(tǒng)遞推動力學(xué)研究[D]. 邵兵.南京航空航天大學(xué) 2010

碩士論文
[1]七自由度機械臂動力學(xué)建模與軌跡規(guī)劃研究[D]. 宋少華.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[2]空間七自由度冗余機械臂動力學(xué)建模與控制研究[D]. 周誠.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[3]考慮動力學(xué)特性的空間機械臂軌跡優(yōu)化研究[D]. 司洋.北京郵電大學(xué) 2014
[4]六自由度串聯(lián)機器人軌跡規(guī)劃時間最優(yōu)研究[D]. 牛永康.長春工業(yè)大學(xué) 2013
[5]可重構(gòu)機械臂普適性運動學(xué)建模及任務(wù)規(guī)劃方法研究[D]. 吳楚鋒.北京郵電大學(xué) 2013
[6]六自由度工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃算法研究[D]. 萬傳恒.華南理工大學(xué) 2012



本文編號：3719819