四自由度水下机械手运动学及轨迹规划研究

发布时间：2023-11-27 19:30

　　配置在水下机器人上的深海机械手是水下机器人系统作业的核心工具,相对于传统工业机器人已知的工作环境,水下机械手多采用遥控式的操作方式潜到海底进行作业,其工作环境未知且相比陆地上的环境更加复杂多变。为了应对海底复杂未知的工作环境,对水下机械手的运动学特性、工作空间及轨迹规划的研究显得更加重要。运动学研究可以反映机械手的运动性能,工作空间分析可以反映机械手的作业范围,是对机械手进行操作时的重要参考指标,轨迹规划更是对机械手的实际工作过程和控制提供了技术基础。本文即针对自主研发的一种四自由度水下机械手进行运动学和轨迹规划研究。本文的主要研究内容如下:首先,对本文所研究的四自由度水下机械手系统进行了分析,说明了机械手系统的组成及各个模块的功用,探讨了水下机械手驱动方式的选择策略。并且建立了机械手模型的D-H前置参考坐标系,确定了机械手各连杆关节之间的运动参数。其次,基于D-H参数法求解了机械手的正向运动学模型,使用传统代数法求解了机械手的运动学逆解,并且将BP神经网络算法应用于求解四自由度水下机械手的运动学逆解中,搭建了求解逆向运动学模型的BP神经网络,验证了神经网络求解逆向运动学的可靠性,并基...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 水下机械手国内外研究现状
    1.3 机械手运动学国内外研究现状
        1.3.1 国内外机械手正运动学研究现状
        1.3.2 国内外机械手逆运动学研究现状
    1.4 国内外机械手轨迹规划方法研究现状
    1.5 本文主要研究内容
第2章 水下机械手系统分析及参数确定
    2.1 引言
    2.2 水下机械手系统结构分析
        2.2.1 水下机械手系统
        2.2.2 水下机械手驱动方式
    2.3 水下机械手参数确定
        2.3.1 机械手的位姿描述
        2.3.2 连杆坐标系及机械手参数确定
    2.4 本章小结
第3章 四自由度水下机械手运动学分析
    3.1 引言
    3.2 水下机械手运动学正解
        3.2.1 齐次坐标变换
        3.2.2 正向运动学求解
    3.3 四自由度水下机械手逆向运动学求解
    3.4 基于BP神经网络的机械手逆向运动学求解
        3.4.1 BP神经网络及其学习规则
        3.4.2 BP网络模型设计
        3.4.3 BP神经网络的训练和结果分析
        3.4.4 BP神经网络误差分析
    3.5 运动学方程的验证
        3.5.1 虚拟样机的建立
        3.5.2 运动学联合仿真
    3.6 本章小结
第4章 四自由度机械手工作空间及灵活度分析
    4.1 引言
    4.2 水下机械手工作空间
    4.3 四自由度机械手雅克比矩阵
        4.3.1 雅克比矩阵
        4.3.2 基于全微分法的雅克比矩阵求解
    4.4 灵巧度分析
    4.5 本章小结
第5章 机械手关节空间轨迹规划与仿真研究
    5.1 引言
    5.2 深海微生物培养罐投放方式研究
        5.2.1 深海悬浮培养罐操作方式
        5.2.2 深海培养罐布置方式
        5.2.3 水下机械手工作过程分析
    5.3 关节空间的轨迹规划
        5.3.1 轨迹规划流程
        5.3.2 三次样条插值算法
    5.4 四自由度机械手轨迹规划及仿真
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3868431