可重构环保机器人的构形及运动学分析

论文摘要

随着机器人的应用范围越来越广,我们事先无法确定机器人的任务和工作环境,可重构模块化机器人具有适应环境和任务变化的能力。可重构模块化机器人是由一系列不同尺寸的关节模块和连杆模块组成,然后根据特定任务要求选择一组模块装配而成的机器人。本文主要对可重构环保机器人的模块设计和构形设计的原理以及运动学进行了一些初步的研究。利用面向功能的模块划分方法,对可重构环保机器人进行模块划分,实现机器人快速重构。构形设计是设计可重构环保机器人的核心内容。本文对构形设计问题进行了描述,建立了构形设计的优化模型;采用基于遗传算法的方法评价构形设计,避免机器人设计过程中反复求逆解的困难。运动学建模是研究可重构环保机器人的重要内容之一。运动学分析的统一模型包括可重构机器人的正运动学模型和逆运动学模型。采用运动旋量的指数乘积公式建立正运动学模型。将模块化平台中各模块建立相应的变换矩阵,按照装配成机器人的模块顺序(即从基座开始到末端)相连乘,就得到环保机器人的正运动学方程。此方法大大简化了机器人运动学计算中确定坐标系的烦琐工作。对于逆运动学问题,根据推导出的正运动学方程和微分运动学公式建立逆运动学数学模型,采用牛顿—拉普松迭代法得出逆运动学迭代公式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 可重构模块化机器人的研究现状
• 1.3 可重构环保机器人的研究现状、研究目的和发展方向
• 1.4 可重构环保机器人的研究内容
• 1.5 本论文研究内容
• 第二章 模块设计
• 2.1 引言
• 2.2 模块设计的基本原则
• 2.3 公理化设计概述
• 2.4 基于公理化理论的可重构环保机器人模块设计
• 2.4.1 模块划分
• 2.4.2 模块设计方法
• 2.4.3 模块结构设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 构形设计
• 3.1 引言
• 3.2 可重构环保机器人构形设计
• 3.2.1 构形设计应满足的基本要求
• 3.2.2 构形设计问题
• 3.2.3 构形设计方法
• 3.2.4 构形设计优化模型
• 3.2.5 构形设计实例
• 3.3 可重构环保机器人构形评价
• 3.3.1 构形设计评价指标
• 3.3.2 机器人可达性评价
• 3.3.3 可达性评价实例
• 3.4 本章小结
• 第四章 可重构环保机器人正运动学
• 4.1 引言
• 4.2 正运动学公式
• 4.3 可重构环保机器人模块变换矩阵
• 4.4 可重构环保机器人运动学求解实例
• 4.5 本章小结
• 第五章 可重构环保机器人逆运动学
• 5.1 引言
• 5.2 逆运动学公式推导
• 5.3 逆运动学公式中各项符号的具体表达式
• 5.3.1 对数矩阵
• 5.3.2 伴随变换
• 5.4 可重构环保机器人逆运动学求解实例
• 5.5 本章小结
• 第六章 运动仿真和实验
• 6.1 引言
• 6.2 实例
• 6.2.1 实体造型
• 6.2.2 轨迹规划仿真
• 6.3 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 研究的主要内容
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的论文