基于一种新型子问题的七自由度机器人运动学研究
发布时间：2022-02-10 16:17
随着机器人工作环境复杂程度越来越高,七自由度机器人以其高灵活度和适应性在实际作业中显得更加重要。其中,能否准确求解机器人运动学是保证机器人达到作业要求的基础。运动学求解方法可分为数值解和封闭解两大类,但是数值解存在精度低和实时性差的问题,不适用于多自由度机器人求解;当前封闭解法求冗余机器人运动学主要为Paden-Kahan子问题法,但这种方法对机器人结构具有特殊要求,不具备通用性。本文给出一种能够对任意相邻两个关节角度进行求解的新型子问题算法,并用此算法对七自由度机器人进行逆运动学求解。基于此,首先将七自由度机器人前四个关节分解为两个二阶问题,然后运用新型子问题算法对这两个二阶问题进行计算,最后结合现有的Paden-Kahan子问题思想计算后三个关节便可完整求解七自由度机器人各关节角度。这样就将七自由度机器人逆解问题转化为了新型子问题进行求解,降低了计算量,使得计算结果更加准确。论文具体内容如下:首先,运用旋量理论建立七自由度带电作业机器人指数积（POE）模型,并求解机器人正运动学末端位姿矩阵。为了验证模型建立的正确性和所得正解的奇异性,对机器人单个关节运动以及连续关节运动时末端位姿变...
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?—般刚体运动??Ｆｉｇ．?２．１?Ｇｅｎｅｒａｌ?ｒｉｇｉｄ?ｂｏｄｙ?ｍｏｔｉｏｎ??
ｗ乙?＾??图２．１?—般刚体运动??Ｆｉｇ．?２．１?Ｇｅｎｅｒａｌ?ｒｉｇｉｄ?ｂｏｄｙ?ｍｏｔｉｏｎ??当前对于机器人运动学的研究，一般情况下是研宂刚体绕给定轴转动和沿??给定轴移动两个方面，即刚体的旋转运动和平移运动。旋转运动一般情况下满??足两个性质：一种是用《的向量表达式形式来表示的，一种是??用《的反对称矩阵来表示的，如式（２．４）。??０?一?ｘ３?ｘ２??Ｓ＝?ｘ３?０?－ｊｃ，?（２．４）??一?ｊｃ２?ｘｘ?０??图２．２旋转运动??Ｆｉｇ．?２．２?Ｒｏｔａｒｙ?ｍｏｔｉｏｎ??图２．２表示为刚体的旋转运动，虚线坐标系表示为相对于世界坐标系Ｏｙｚ??的物体坐标系，３；ｒａ，％？为物体坐标系中的三个坐标轴，这三个坐标轴矢??量形式可以用矩阵凡来表示
?机器人运动学基础??图２．３描述的为机器人其中的一个连杆绕定轴的旋转运动，其中，〇为旋??转轴，且｜｜＜ｙ｜｜?＝?ｌ。若一点；？以单位速度绕似轴由Ｐ（〇）转动到＿Ｐ（／），则点的速??度可表示为：??ｐ?＝?ｃ〇ｘ．ｐ｛ｔ）?＝?ｃｂｐ｛ｔ）?（２．６）??■Ｘ??图２．３刚体上一点绕似轴转动??Ｆｉｇ．?２．３?Ｔｈｅ?ｐｏｉｎｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｉｇｉｄ?ｂｏｄｙ?ｒｅｖｏｌｖｅｓ?ａｒｏｕｎｄ?ｔｈｅ?ＣＯ?ｓｈａｆｔ??将式（２．６）两边进行积分可得：??ｐ（〇?＝?ｅ＞（〇）?（２．７）??式中，为点ｐ的初始位置矩阵，一为矩阵指数，由指数定义可知：??ｅ０３＇?＝Ｉ?＋?ａｔ＋＾￣＋?＾￣＾＋…＋?＾￣￣（２．８）??２！?３！?ｎ＼??又刚体每旋转一次都能够用一个旋转矩阵进行表示，所以，若刚体围绕轴０??以单位速度旋转０角，此时，旋转矩阵便可表示为：??Ｒ（ｃｏ，ｄ）?＝?ｅｉ，９?（２．９）??基于此，旋转矩阵亦可有形式：??＝?１?＋?６）６＋?＋?＋?＋?（２．１０）??２！?３！?ｎ＼??即：??（⑷３?ｗｒ１〕．?ｆ?⑷２?（内４?⑷”?＂ｕ??Ｉ?３！（卜１）Ｕ?Ｌ２！?４！?？！?Ｊ??当｜｜必｜｜?＝?１时，式（２．１１）可化简为：??＝Ｉ?＋?６）ｓｍ６?＋?ｃｂ２?（ｌ－ｃｏｓ＾）?（２．１２）??当｜｜？｜卜１时
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种五自由度机械手运动学分析与仿真[J]. 董永考. 电子质量. 2018(01)
[2]基于旋量理论的三指机器人灵巧手逆运动学分析[J]. 裴九芳,许德章,王海. 中国机械工程. 2017(24)
[3]六自由度果蔬采摘机器人关节空间轨迹规划[J]. 司艳伟,陈洪立. 轻工机械. 2017(04)
[4]结合旋量和代数方法的工业机械臂逆运动学解法[J]. 敖天翔,刘满禄,张华,赵皓. 机械科学与技术. 2017(08)
[5]基于旋量代数的机器人运动学建模及应用[J]. 耿明超,刘丽娟,张灿果,王嫣嫣,刘爱. 河北建筑工程学院学报. 2017(02)
[6]基于位姿分离法的ABB机器人IRB1200运动学分析[J]. 张海波,冯旭,谭益松. 组合机床与自动化加工技术. 2017(03)
[7]改进粒子群算法在机器人位置逆解上的应用[J]. 王淑青,王亚洲,许琛,潘健. 湖北工业大学学报. 2017(01)
[8]旋量理论下的机器人运动学求解[J]. 李媛媛,黄佳楠. 工业控制计算机. 2016(12)
[9]基于多种群遗传算法的一般机器人逆运动学求解[J]. 林阳,赵欢,丁汉. 机械工程学报. 2017(03)
[10]7自由度串联机器人运动学分析[J]. 王梦,付铁,丁洪生,贾连涛. 机械设计与制造. 2016(08)
硕士论文
[1]Cyton Gamma 300七自由度机械臂逆解分析及控制[D]. 苏英.中北大学 2016
[2]五自由度机器人运动学算法研究[D]. 张雯.西安工业大学 2010
[3]基于旋量理论的机器人运动学和动力学研究及其应用[D]. 卢宏琴.南京航空航天大学 2007
本文编号：3619144
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?—般刚体运动??Ｆｉｇ．?２．１?Ｇｅｎｅｒａｌ?ｒｉｇｉｄ?ｂｏｄｙ?ｍｏｔｉｏｎ??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]一种五自由度机械手运动学分析与仿真[J]. 董永考. 电子质量. 2018(01)
[2]基于旋量理论的三指机器人灵巧手逆运动学分析[J]. 裴九芳,许德章,王海. 中国机械工程. 2017(24)
[3]六自由度果蔬采摘机器人关节空间轨迹规划[J]. 司艳伟,陈洪立. 轻工机械. 2017(04)
[4]结合旋量和代数方法的工业机械臂逆运动学解法[J]. 敖天翔,刘满禄,张华,赵皓. 机械科学与技术. 2017(08)
[5]基于旋量代数的机器人运动学建模及应用[J]. 耿明超,刘丽娟,张灿果,王嫣嫣,刘爱. 河北建筑工程学院学报. 2017(02)
[6]基于位姿分离法的ABB机器人IRB1200运动学分析[J]. 张海波,冯旭,谭益松. 组合机床与自动化加工技术. 2017(03)
[7]改进粒子群算法在机器人位置逆解上的应用[J]. 王淑青,王亚洲,许琛,潘健. 湖北工业大学学报. 2017(01)
[8]旋量理论下的机器人运动学求解[J]. 李媛媛,黄佳楠. 工业控制计算机. 2016(12)
[9]基于多种群遗传算法的一般机器人逆运动学求解[J]. 林阳,赵欢,丁汉. 机械工程学报. 2017(03)
[10]7自由度串联机器人运动学分析[J]. 王梦,付铁,丁洪生,贾连涛. 机械设计与制造. 2016(08)
硕士论文
[1]Cyton Gamma 300七自由度机械臂逆解分析及控制[D]. 苏英.中北大学 2016
[2]五自由度机器人运动学算法研究[D]. 张雯.西安工业大学 2010
[3]基于旋量理论的机器人运动学和动力学研究及其应用[D]. 卢宏琴.南京航空航天大学 2007
本文编号：3619144
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