空間機(jī)械臂系統(tǒng)作為空間站的一個(gè)重要子系統(tǒng),在人類探索太空的進(jìn)程中發(fā)揮著重要的作用。本課題以冗余自由度的空間機(jī)械臂為研究對(duì)象,在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,對(duì)其進(jìn)行多目標(biāo)軌跡規(guī)劃研究和任務(wù)規(guī)劃研究:首先,對(duì)冗余自由度的空間機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。采用改進(jìn)的DH方法建立空間機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,利用矢量積方法計(jì)算機(jī)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(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué),結(jié)合梯度投影法,可以發(fā)揮冗余自由度機(jī)械臂在性能指標(biāo)優(yōu)化方面的優(yōu)勢(shì)。采用改進(jìn)的Newton-Euler方法求解機(jī)械臂的逆動(dòng)力學(xué)。應(yīng)用基于動(dòng)力學(xué)模型一般方程的方法計(jì)算機(jī)械臂正動(dòng)力學(xué),其計(jì)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(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和動(dòng)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(shí)現(xiàn)。然后,對(duì)空間機(jī)械臂進(jìn)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(jī)械臂關(guān)節(jié)軌跡。分別以機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短、能量消耗最少、軌跡沖擊最小作為三個(gè)相互獨(dú)立的優(yōu)化目標(biāo),以機(jī)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(jí)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(jī)械臂的發(fā)展和應(yīng)用綜述
    1.3 冗余機(jī)械臂建模方法概述
        1.3.1 冗余機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方法概述
        1.3.2 冗余機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模方法概述
    1.4 機(jī)械臂多目標(biāo)軌跡規(guī)劃研究現(xiàn)狀
    1.5 空間機(jī)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?jī)?nèi)容
第2章 冗余自由度機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究
    2.1 引言
    2.2 冗余自由度機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
        2.2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
        2.2.2 基于奇異魯棒性逆的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
    2.3 冗余自由度機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)分析
        2.3.1 動(dòng)力學(xué)建模與逆動(dòng)力學(xué)分析
        2.3.2 基于動(dòng)力學(xué)一般方程的正動(dòng)力學(xué)分析
    2.4 算法驗(yàn)證與仿真
        2.4.1 基于Simulink的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真
        2.4.2 基于SimMechanics的正動(dòng)力學(xué)仿真
    2.5 本章小結(jié)
第3章 空間機(jī)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(shí)現(xiàn)步驟和關(guān)鍵參數(shù)
    3.5 算法驗(yàn)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(jì)
        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(jī)械臂任務(wù)規(guī)劃研究
    4.1 引言
    4.2 空間機(jī)械臂的在軌任務(wù)模型
    4.3 空間機(jī)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(yàn)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(jì)
        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(shí)驗(yàn)研究
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹
    5.3 任務(wù)空間軌跡規(guī)劃實(shí)驗(yàn)
        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(shí)驗(yàn)
        5.3.3 任務(wù)空間圓弧軌跡規(guī)劃實(shí)驗(yàn)
    5.4 空間機(jī)械臂多目標(biāo)軌跡規(guī)劃實(shí)驗(yàn)
    5.5 空間機(jī)械臂任務(wù)規(guī)劃實(shí)驗(yàn)
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
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(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3719819