仿人機械臂作為人機共融領(lǐng)域最常見、最重要的執(zhí)行器,不僅可以完成焊接、搬運、投擲等一系列活動,還可以配合人類完成制造工廠結(jié)構(gòu)化環(huán)境之外的具體任務(wù)。隨著生產(chǎn)需求的發(fā)展和服務(wù)對象的變化,對機械臂的靈敏度和可操作性的要求也越來越高。因此,為解決典型機械臂固有特性的限制,實現(xiàn)輕量級靈巧臂的設(shè)計及應(yīng)用,本文提出了一種串并混聯(lián)冗余仿人機械臂,并對串并混聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)、動力學(xué)和性能優(yōu)化等方面展開相關(guān)研究。主要內(nèi)容如下:基于人體手臂的運動解剖分析,制定了仿人機械臂的設(shè)計指標(biāo),并根據(jù)構(gòu)型綜合的G_F集理論對機械臂進行了關(guān)節(jié)布置和自由度分配。其中仿人肩關(guān)節(jié)以2自由度球面5R并聯(lián)機構(gòu)為原型,仿人肘關(guān)節(jié)選型為3自由度串聯(lián)機構(gòu),仿人腕關(guān)節(jié)以3自由度球面3-RRP并聯(lián)機構(gòu)為原型。根據(jù)修正的Grübler-Kutzbach公式,分析了各個關(guān)節(jié)的自由度性質(zhì),驗證了所選用的關(guān)節(jié)構(gòu)型能夠滿足設(shè)計指標(biāo)所提出的動作要求。應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)工具（如旋量理論,指數(shù)積公式,李群李代數(shù)和虛功原理等）,對混聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)展開研究,推導(dǎo)歸納出廣義的分析方法。基于廣義坐標(biāo)系和指數(shù)積公式建立了位置正解思路;利用Paden-Kah... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：144 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號說明
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 研究背景
    1.2 三類機構(gòu)構(gòu)型的應(yīng)用現(xiàn)狀
        1.2.1 串聯(lián)機械臂
        1.2.2 并聯(lián)機械臂
        1.2.3 混聯(lián)機械臂
    1.3 機構(gòu)理論的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 構(gòu)型綜合的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 運動學(xué)分析的研究現(xiàn)狀
        1.3.3 動力學(xué)建模的研究現(xiàn)狀
        1.3.4 性能分析的研究現(xiàn)狀
    1.4 課題的研究意義及主要研究內(nèi)容
        1.4.1 研究意義
        1.4.2 主要研究內(nèi)容
第二章 基于手臂運動解剖的仿人機械臂構(gòu)型設(shè)計
    2.1 引言
    2.2 人體手臂運動解剖
        2.2.1 人體肩部運動解剖
        2.2.2 人體肘部運動解剖
        2.2.3 人體腕部運動解剖
    2.3 仿人機械臂的設(shè)計指標(biāo)
    2.4 仿人機械臂的構(gòu)型布局
        2.4.1 仿人肩關(guān)節(jié)的構(gòu)型選型
        2.4.2 仿人腕關(guān)節(jié)的構(gòu)型選型
        2.4.3 仿人機械臂的原型設(shè)計
    2.5 仿人機械臂的自由度分析
        2.5.1 基礎(chǔ)理論
        2.5.2 仿人肩關(guān)節(jié)自由度分析
        2.5.3 仿人肘關(guān)節(jié)自由度分析
        2.5.4 仿人腕關(guān)節(jié)自由度分析
    2.6 本章小結(jié)
第三章 仿人機械臂的位置解分析及工作空間分析
    3.1 引言
    3.2 基礎(chǔ)理論
        3.2.1 指數(shù)積公式
        3.2.2 Paden-Kahan子問題
    3.3 廣義的混聯(lián)機構(gòu)的位置解分析思路
        3.3.1 混聯(lián)機構(gòu)的位置正解的分析思路
        3.3.2 混聯(lián)機構(gòu)的位置反解的分析思路
    3.4 仿人機械臂的位置解分析
        3.4.1 等價串聯(lián)機械臂
        3.4.2 位置正解分析
        3.4.3 位置反解分析
        3.4.4 位置解驗證
    3.5 工作空間分析
        3.5.1 仿人肩關(guān)節(jié)姿態(tài)空間
        3.5.2 仿人肘關(guān)節(jié)位置空間
        3.5.3 仿人腕關(guān)節(jié)姿態(tài)空間
        3.5.4 主動姿態(tài)空間
    3.6 本章小結(jié)
第四章 基于李運算的仿人機械臂運動學(xué)分析
    4.1 引言
    4.2 基礎(chǔ)理論
        4.2.1 李群李代數(shù)
        4.2.2 李運算
    4.3 基于李運算的混聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)分析思路
        4.3.1 串聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)分析
        4.3.2 并聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)分析
        4.3.3 混聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)分析
    4.4 仿人機械臂的運動學(xué)分析
        4.4.1 運動學(xué)分析的前處理
        4.4.2 正向運動學(xué)分析
        4.4.3 反向運動學(xué)分析
        4.4.4 運動學(xué)分析的驗證
    4.5 基于運動學(xué)分析的傳遞性能指標(biāo)
        4.5.1 并聯(lián)機構(gòu)的傳遞性能指標(biāo)
        4.5.2 仿人機械臂的線速度性能指標(biāo)
    4.6 本章小結(jié)
第五章 基于虛功原理的仿人機械臂動力學(xué)建模
    5.1 引言
    5.2 基礎(chǔ)理論
        5.2.1 桿件的運動學(xué)分析
        5.2.2 虛功原理
    5.3 混聯(lián)機械臂的桿件慣性力分析
        5.3.1 肩關(guān)節(jié)桿件的慣性力
        5.3.2 肘關(guān)節(jié)桿件的慣性力
        5.3.3 腕關(guān)節(jié)桿件的慣性力
    5.4 混聯(lián)機械臂的動力學(xué)模型分析
        5.4.1 整機動力學(xué)模型
        5.4.2 動力學(xué)模型驗證
        5.4.3 動力學(xué)模型簡化
    5.5 本章小結(jié)
第六章 基于多參數(shù)平面模型的仿人機械臂優(yōu)化設(shè)計
    6.1 引言
    6.2 多參數(shù)平面模型
    6.3 基于運動特性的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
        6.3.1 基于工作空間的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
        6.3.2 基于傳遞性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
        6.3.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果
    6.4 實驗系統(tǒng)搭建
        6.4.1 樣機制作
        6.4.2 運動測試系統(tǒng)
    6.5 運動測試驗證
        6.5.1 工作空間測試
        6.5.2 運動測試結(jié)果與分析
    6.6 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 創(chuàng)新點
    7.3 展望
參考文獻
致謝
作者簡介
    1 作者簡歷
    2 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
    3 參與的科研項目及獲獎情況
    4 發(fā)明專利
    5 編著
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3643742