基于轴不变量的偏置型6R机械臂建模与运动规划研究

发布时间：2023-05-03 15:38

　　随着我国航天技术的发展,空间机械臂越来越多地被应用到航天任务中去。由于空间环境的特殊性以及不确定性,机械臂需要轻量可靠,且具有一定的自主性,较高的绝对定位精度以及工作效率,因此需要对其进行更加深入的探讨。本文在前人理论的基础之上,对机械臂的运动学、动力学建模以及运动规划算法进行了研究。以偏置型6R解耦机械臂为研究对象,采用轴不变量的理论,建立了迭代式的正运动学方程。在此基础上通过构建OBB层次包围盒进行碰撞检测,从而保证机械臂在运动规划时的安全性。为提高求逆精度,采用基于Ju-Gibbs四元数的Dixon消元法进行逆解的计算。为了进一步提高运动学计算的精度并满足工程测量可实现性的要求,采用基于固定轴不变量的结构精测方法,使用激光跟踪仪得到精测结果,从而建立精确的D-H系并获取D-H参数。针对机械臂运动时会出现颤动的情况,使用Ju-Kane迭代式的动力学方程对机械臂动力学进行建模,并在后续的运动规划中考虑机械臂的转轴承受力矩小于电机最大驱动力矩这一约束,从而保证机械臂在实际运动时的平稳性。基于上述研究内容编写C++仿真软件,并进行基于固定轴不变量的精测实验。结果表明正逆运动学、动力学方程...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
    1.1 背景和意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.0 解耦机械臂构型研究现状
        1.2.1 机械臂运动学研究现状
        1.2.2 机械臂精密测量研究现状
        1.2.3 机械臂碰撞检测研究现状
        1.2.4 机械臂动力学研究现状
        1.2.5 机械臂运动规划研究现状
    1.3 论文结构及安排
        1.3.1 本文的研究内容
        1.3.2 本文的结构安排
第二章 机械臂正运动学与碰撞检测
    2.1 引言
    2.2 机械臂正运动学建模
        2.2.2 旋转变换
        2.2.3 欧拉四元数
    2.3 机械臂正运动学求解
        2.3.1 正运动学流程
        2.3.2 正运动学仿真
    2.4 机械臂碰撞检测
        2.4.1 几何体凸分解
        2.4.2 计算OBB包围盒
        2.4.3 建立层次二叉树
        2.4.4 碰撞检测仿真
    2.5 本章小结
第三章 机械臂逆运动学建模
    3.1 引言
    3.2 基于轴不变量的D-H系和D-H参数的确定
    3.3 机械臂逆运动学建模
        3.3.1 位置逆解
            3.3.1.1 欧几里德范数消元法
            3.3.1.2 基于Ju-Gibbs四元数的Dixon矩阵消元法
        3.3.2 姿态逆解
    3.4 逆运动学仿真实验
        3.4.1 逆运动学仿真
        3.4.2 正逆运动学互验
    3.5 本章小结
第四章 机械臂结构精密测量原理及实验
    4.1 引言
    4.2 基于固定轴不变量的D-H参数的精密测量理论
        4.2.1 基座参考系的测量
        4.2.2 轴不变量的测量
        4.2.3 基于固定轴不变量的D-H系和D-H参数的确定
    4.3 基于轴不变量的机械臂结构参数精密测量实验
        4.3.1 实验概述
        4.3.2 实验过程
        4.3.3 实验结果
    4.4 本章小结
第五章 基于Ju-Kane法的机械臂动力学建模
    5.1 引言
    5.2 空间机械臂动力学建模
        5.2.1 Ju-Kane方程介绍
        5.2.2 Ju-Kane法建模流程
    5.3 电机力矩的安全性检测
    5.4 动力学仿真
    5.5 本章小结
第六章 基于A^*算法的机械臂运动规划
    6.1 引言
    6.2 A^*运动规划算法
        6.2.1 机械臂规划空间
        6.2.2 算法原理
        6.2.3 算法流程
    6.3 机械臂运动规划仿真
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文



本文编号：3806984