本文關(guān)鍵詞：六關(guān)節(jié)串聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)奇異位形研究

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【摘要】：奇異位形(singular configuration)是機(jī)構(gòu)的一種特殊位形,從人類發(fā)明了機(jī)構(gòu)之初,奇異問(wèn)題就已經(jīng)伴隨而生了。不論在機(jī)器人作業(yè)空間邊界或者作業(yè)空間內(nèi)部一些區(qū)域,都會(huì)存在奇異位形。因此奇異位形是對(duì)機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)。對(duì)奇異問(wèn)題的解決對(duì)于提高工業(yè)機(jī)器人作業(yè)的穩(wěn)定性、動(dòng)力學(xué)性能及應(yīng)用推廣都具有重要意義。本文將以六關(guān)節(jié)串聯(lián)機(jī)械臂為原型,圍繞工業(yè)機(jī)器人的奇異位形問(wèn)題,主要的研究工作包括以下幾個(gè)方面:分析了通用四元素DH法存在的缺陷,給出了對(duì)DH法的改進(jìn)和詳細(xì)分析,并運(yùn)用該法建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。利用MATLAB實(shí)現(xiàn)了對(duì)該運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的圖形和數(shù)值仿真,驗(yàn)證了建立的模型的正確性。基于雅克比矩陣給出了兩種奇異位形識(shí)別方法:代數(shù)法和幾何法。對(duì)這兩種方法做了詳細(xì)的推導(dǎo)和對(duì)比分析。利用最近研究較熱的螺旋理論,給出了利用螺旋運(yùn)動(dòng)方程求解雅克比矩陣的詳細(xì)分析。利用幾何法從奇異位形的本質(zhì)著手,從運(yùn)動(dòng)副線性相關(guān)性角度對(duì)機(jī)器人的奇異位形進(jìn)行了詳細(xì)的分析,并將分析結(jié)果與用雅克比矩陣求得的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,表明幾何法分析的正確性,同時(shí)也對(duì)這兩種方法的利弊進(jìn)行了分析闡述。對(duì)于奇異位形的處理,基于目前關(guān)于奇異位形處理的兩大主流方法,從空間規(guī)劃角度,提出了一種機(jī)器人基于奇異區(qū)域限定的避免算法。最后從理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)仿真兩個(gè)方面,對(duì)該算法進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果分析表明了該算法的正確和可行性。
【關(guān)鍵詞】：六關(guān)節(jié)串聯(lián)機(jī)器人 奇異位形 工業(yè)機(jī)器人 運(yùn)動(dòng)學(xué) 雅克比矩陣
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(沈陽(yáng)計(jì)算技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 引言9-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究背景與意義11-17
• 1.1.1 國(guó)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)11-14
• 1.1.2 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀、機(jī)遇和挑戰(zhàn)14-16
• 1.1.3 串聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)中奇異性問(wèn)題16-17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外機(jī)器人奇異問(wèn)題研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容和組織結(jié)構(gòu)19-21
• 第二章 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本理論21-36
• 2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)建模21-26
• 2.1.1 坐標(biāo)變換與剛體位姿21-23
• 2.1.2 連桿坐標(biāo)系23-26
• 2.2 正向運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與仿真26-29
• 2.3 逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與仿真29-34
• 2.4 雅克比矩陣與奇異位形34-35
• 2.5 小結(jié)35-36
• 第三章 基于雅克比矩陣的奇異位形識(shí)別36-49
• 3.1 基于微分等價(jià)變換求雅克比矩陣36-38
• 3.2 基于螺旋運(yùn)動(dòng)方程求雅克比矩陣38-41
• 3.3 奇異位形識(shí)別及仿真41-47
• 3.4 小結(jié)47-49
• 第四章 基于格拉斯曼幾何法的奇異位形識(shí)別49-54
• 4.1 格拉斯曼幾何49-51
• 4.2 奇異位置識(shí)別51-53
• 4.3 小結(jié)53-54
• 第五章 機(jī)器人奇異位形處理算法54-70
• 5.1 極限位置奇異的處理算法55
• 5.2 內(nèi)部奇異的處理算法55-60
• 5.2.1 基于奇異區(qū)識(shí)別的末端軌跡規(guī)劃57-58
• 5.2.2 基于高次曲線的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃58-60
• 5.3 算法驗(yàn)證與分析60-69
• 5.4 小結(jié)69-70
• 總結(jié)與展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 發(fā)表文章76-77
• 致謝77

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本文編號(hào)：823440