本文關(guān)鍵詞：多自由度機(jī)械臂結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來(lái),機(jī)器人技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展,對(duì)機(jī)器人研究與應(yīng)用受到人們?cè)絹?lái)越多重視。機(jī)器人中多自由度機(jī)械臂因其自身的優(yōu)點(diǎn),逐漸成為了機(jī)器人領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)。多自由度機(jī)械臂具有可靠性高、工作空間大、靈活性好等優(yōu)點(diǎn),在工程領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。7自由度機(jī)械臂作為多自由度機(jī)械臂一種,因其具有冗余特性,更好靈活性及避障能力等優(yōu)點(diǎn),得到了國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者的研究。本文針對(duì)一種7自由度冗余機(jī)械臂,對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)、工作空間以及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。首先,采用修正的D-H參數(shù)法建立7自由度機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,得到機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)方程,求解出機(jī)械臂的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解,以及其雅克比矩陣。并利用MATLAB中Robotics Toolbox工具箱對(duì)該7自由度機(jī)械臂進(jìn)行仿真,驗(yàn)證機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)求解的正確性及合理性。其次,在機(jī)械臂正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的基礎(chǔ)上,利用蒙特卡羅法對(duì)機(jī)械臂的工作空間進(jìn)行求解,得到機(jī)械臂工作空間云圖。同時(shí),利用幾何法求解工作空間在坐標(biāo)平面的截面圖,從兩種方法的對(duì)比中,相互驗(yàn)證了求解結(jié)果的合理性。最后,根據(jù)機(jī)械臂設(shè)計(jì)要求,基于Isight多學(xué)科優(yōu)化軟件平臺(tái),以機(jī)械臂大臂和小臂總體積為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),利用其中Multi-Objective Particle Swarm優(yōu)化算法對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行了優(yōu)化,使機(jī)械臂體積得到明顯減小,取得了良好的優(yōu)化效果,機(jī)械臂結(jié)構(gòu)更加合理。通過(guò)對(duì)該7自由度機(jī)械臂的研究,完善了該機(jī)械臂的理論基礎(chǔ),在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上對(duì)其做出優(yōu)化,改善機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)參數(shù),對(duì)該機(jī)械臂后續(xù)研究工作打下了基礎(chǔ),同時(shí)也對(duì)其他類似串聯(lián)機(jī)械臂的研究和應(yīng)用有一定的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：多自由度機(jī)械臂 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 工作空間 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化 Isight
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP241
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 多自由度機(jī)械臂的研究背景9-10
• 1.2 多自由度機(jī)械臂在各領(lǐng)域中的應(yīng)用10-12
• 1.3 多自由度機(jī)械臂的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)12-15
• 1.4 課題的目的與研究意義15-16
• 1.5 本文的研究?jī)?nèi)容16-17
• 1.6 本章小結(jié)17-18
• 第2章 7 自由度機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析18-38
• 2.1 引言18
• 2.2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)18-23
• 2.2.1 剛體位姿與齊次變換矩陣18-19
• 2.2.2 姿態(tài)描述19-20
• 2.2.3 空間坐標(biāo)系齊次變換20-22
• 2.2.4 D-H法建立連桿坐標(biāo)系22
• 2.2.5 連桿變換矩陣22-23
• 2.2.6 末端執(zhí)行器在參考坐標(biāo)系變換矩陣23
• 2.3 正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析23-27
• 2.3.1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的一般步驟23
• 2.3.2 7自由度機(jī)器臂結(jié)構(gòu)23-24
• 2.3.3 位置分析24-27
• 2.4 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析27-30
• 2.5 雅克比矩陣求解30-33
• 2.5.1 雅克比矩陣定義30-31
• 2.5.2 雅克比矩陣求解方法31-33
• 2.6 基于MATLAB運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真33-37
• 2.7 本章小結(jié)37-38
• 第3章 多自由度機(jī)械臂的工作空間分析38-46
• 3.1 工作空間的定義38
• 3.2 求解工作空間主要方法38-39
• 3.3 數(shù)值法求解機(jī)械臂的工作空間39-42
• 3.4 基于幾何法對(duì)工作空間求解42-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第4章 基于Isight結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化46-58
• 4.1 引言46
• 4.2 Isight軟件介紹46-49
• 4.3 多學(xué)科優(yōu)化模型49
• 4.4 基于Isight大臂小臂優(yōu)化49-57
• 4.4.1 問(wèn)題描述49-50
• 4.4.2 優(yōu)化模型的建立50-52
• 4.4.3 優(yōu)化模型在Isight中實(shí)現(xiàn)52-55
• 4.4.4 機(jī)械臂各參數(shù)對(duì)體積的影響55-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 第5章 結(jié)論與展望58-61
• 參考文獻(xiàn)61-67
• 附錄67-68
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單68-69
• 致謝69

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