發(fā)布時間：2017-09-08 07:03

  本文關鍵詞：冗余度雙臂工業(yè)機器人虛擬樣機的研究

  更多相關文章： 雙臂機器人 冗余度機械臂 避障規(guī)劃 協(xié)調(diào)控制 虛擬樣機

【摘要】：隨著社會與科技的發(fā)展,機器人已應用于各個領域,對機器人提出了更高的要求。越來越復雜的操作環(huán)境和任務要求,使得避障規(guī)劃和雙臂協(xié)調(diào)操作規(guī)劃成為了亟需解決的關鍵問題,針對冗余度雙臂工業(yè)機器人虛擬樣機的研究具有重要意義。本課題針對以上兩個關鍵問題,在理論建模的基礎上,提出了冗余度雙臂工業(yè)機器人的虛力避障規(guī)劃算法和面向操作對象的協(xié)調(diào)操作規(guī)劃算法,并通過虛擬樣機仿真分析對算法進行了驗證。本文的主要研究內(nèi)容如下:1.利用D-H參數(shù)法對七自由度機械臂進行了運動學建模,分析了冗余度機械臂的自運動特性和基于梯度投影法的運動學逆解;利用牛頓歐拉方法對七自由度機械臂進行了動力學建模,為后續(xù)的研究了提供理論基礎。2.針對機器人的避障規(guī)劃問題,利用冗余度機械臂的自運動特性和運動學逆解,結合基于最小距離的碰撞檢測,設計了虛擬推力避障規(guī)劃算法,解決了障礙物影響機械臂中間桿件運動的問題;在此基礎上引入兩個任務轉(zhuǎn)換系數(shù),實現(xiàn)了末端軌跡和避障運動的主次任務轉(zhuǎn)換,解決了障礙物影響末端執(zhí)行器運動的特殊問題。3.針對冗余度雙臂工業(yè)機器人系統(tǒng)在緊協(xié)調(diào)約束條件下的協(xié)調(diào)操作問題,根據(jù)面向?qū)ο蟮膮f(xié)調(diào)操作思想,定義了雙臂協(xié)調(diào)操作空間,設計了雙臂機器人系統(tǒng)面向操作對象的協(xié)調(diào)操作算法,并結合七自由度機械臂的避障規(guī)劃設計了冗余度雙臂機器人的協(xié)調(diào)避障算法。4.基于模塊化關節(jié)設計了冗余度雙臂機器人的三維模型,搭建了系統(tǒng)的虛擬樣機平臺,并利用虛擬樣機對理論模型和算法進行了仿真分析,并與數(shù)值仿真結果進行了對比,驗證了理論建模的正確性以及算法的有效性和可靠性。
【關鍵詞】：雙臂機器人 冗余度機械臂 避障規(guī)劃 協(xié)調(diào)控制 虛擬樣機
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 課題來源及研究背景和意義10-11
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 課題研究背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 雙臂機器人產(chǎn)品11-13
• 1.2.2 主要研究內(nèi)容13-14
• 1.2.3 雙臂機器人的協(xié)調(diào)控制14-15
• 1.2.4 虛擬樣機技術15-16
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容16-17
• 1.4 本章小結17-18
• 第二章 七自由度機械臂運動學和動力學建模18-32
• 2.1 引言18-19
• 2.2 剛體位姿的描述19-23
• 2.2.1 旋轉(zhuǎn)矩陣19
• 2.2.2 歐拉角19-21
• 2.2.3 等效轉(zhuǎn)軸等效轉(zhuǎn)角21-22
• 2.2.4 四元數(shù)與歐拉參數(shù)22-23
• 2.2.5 歐拉角速度與絕對角速度23
• 2.3 七自由度機械臂運動學建模23-29
• 2.3.1 七自由度機械臂24-25
• 2.3.2 正向運動學25-28
• 2.3.3 速度雅可比矩陣28
• 2.3.4 運動學逆解28-29
• 2.4 七自由度機械臂動力學建模29-31
• 2.4.1 牛頓歐拉方法29-30
• 2.4.2 動力學遞推30-31
• 2.5 本章小結31-32
• 第三章 七自由度機械臂避障規(guī)劃32-46
• 3.1 引言32
• 3.2 冗余度機械臂運動學逆解32-33
• 3.3 冗余度機械臂避障規(guī)劃33-41
• 3.3.1 虛擬推力避障33-35
• 3.3.2 七自由度機械臂避障規(guī)劃算法35-37
• 3.3.3 末端位姿插值37
• 3.3.4 數(shù)值仿真分析37-41
• 3.4 主次任務轉(zhuǎn)換避障規(guī)劃41-45
• 3.4.1 主次任務轉(zhuǎn)換41-42
• 3.4.2 數(shù)值仿真分析42-45
• 3.5 本章小結45-46
• 第四章 冗余度雙臂機器人協(xié)調(diào)控制規(guī)劃46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 協(xié)調(diào)操作空間46-48
• 4.2.1 廣義絕對位姿向量46-48
• 4.2.2 廣義相對位姿向量48
• 4.3 廣義速度雅可比矩陣48-53
• 4.3.1 廣義絕對速度雅可比49-50
• 4.3.2 廣義相對速度雅可比50-52
• 4.3.3 廣義速度雅可比52-53
• 4.4 雙臂協(xié)調(diào)操作與避障規(guī)劃算法53-54
• 4.4.1 協(xié)調(diào)操作規(guī)劃算法53
• 4.4.2 協(xié)調(diào)避障規(guī)劃算法53-54
• 4.5 本章小結54-56
• 第五章 冗余度雙臂機器人的虛擬樣機仿真分析56-74
• 5.1 引言56
• 5.2 雙臂機器人虛擬樣機的建立56-61
• 5.2.1 Adams軟件介紹56-57
• 5.2.2 基于模塊化關節(jié)的雙臂機器人結構設計57-60
• 5.2.3 虛擬樣機的搭建60-61
• 5.3 七自由度機械臂仿真分析61-63
• 5.3.1 運動學仿真分析61-62
• 5.3.2 動力學仿真分析62-63
• 5.4 雙臂協(xié)調(diào)控制算法仿真分析63-68
• 5.4.1 數(shù)值仿真分析63-65
• 5.4.2 虛擬樣機仿真分析65-68
• 5.5 雙臂協(xié)調(diào)避障算法仿真分析68-73
• 5.5.1 數(shù)值仿真分析68-70
• 5.5.2 虛擬樣機仿真分析70-73
• 5.6 本章小結73-74
• 第六章 總結與展望74-76
• 6.1 總結74-75
• 6.2 展望75-76
• 參考文獻76-80
• 致謝80-81
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文81

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