面向用户的可重构模块化机器人分析与仿真研究

论文摘要

随着机器人的应用范围越来越广,机器人的任务和环境事先无法确定,可重构模块化机器人则是在这种任务和环境下应运而生一种机器人。这类机器人是由一系列不同尺寸和功能的模块组成。根据特定任务的要求选择模块而装配成的机器人。所以开发对可重构模块化机器人的模块设计和运动学与动力学的分析和仿真具有重要的理论和应用价值。设计可重构模块化机器人的功能模块和建立可重构的模块库是对机器人运动学与动力学分析和研究的基础。本文将功能模块分成四种：关节模块、连杆模块、辅助模块和末端执行器模块。并根据模块的分类和尺寸建立相关的模块库。方便用户组装机器人和对机器人进行构型设计。对于可重构模块机器人计算运动学问题,本文对每一个模块建立DH矩阵,将变换矩阵模块化,应用工作任务的特点和构型分解子问题的方法,进行软件编程求解机器人运动学问题。这种应用计算机编程完成运动学求解,对于用户应用起来就比较简单,方便用户对机器人进行评价和决策。本文应用MATLAB编程软件和ADAMS动力学仿真软件两种软件结合仿真的方法,设计并编写程序界面,可以求解可重构模块化机器人动力学问题。并可以计算在不同工作情况下,机器人各个关节模块线(角)位移、(角)速度、模块各个时刻要输出的力矩等等。这样方法使以往复杂的机器人动力学计算化简,便于用户进行分析和研究机器人的运动学和动力学的特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 可重构机器人国内外研究现状、水平和发展趋势
• 1.2 研究背景和意义
• 1.3 本文的关键问题及其解决方法
• 1.4 本论文的主要内容
• 第2章 模块划分与构型设计
• 2.1 模块划分
• 2.1.1 模块划分一般原则
• 2.1.2 模块划分
• 2.2 构型设计
• 2.2.1 优化评价函数
• 2.2.2 构型优化
• 2.3 小结
• 第3章 运动学分析
• 3.1 正运动学研究和分析
• 3.1.1 模块的变换矩阵
• 3.1.2 正运动求解
• 3.1.3 工作空间计算
• 3.1.4 正运动学求解实例
• 3.2 逆运动学研究和分析
• 3.2.1 逆运动学计算
• 3.2.2 构型分类化简
• 3.2.3 逆运动学求解
• 3.2.4 逆运动学求解实例
• 3.3 小结
• 第4章 动力学分析
• 4.1 运动学任务
• 4.2 构型选择和分析
• 4.3 轨迹规划和变量求解
• 4.3.1 轨迹规划
• 4.3.2 变量求解
• 4.4 模型和数据导入
• 4.5 动力学分析
• 4.6 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录