六关节串联机器人机构奇异位形研究

发布时间：2017-09-09 23:38

  本文关键词：六关节串联机器人机构奇异位形研究

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【摘要】：奇异位形(singular configuration)是机构的一种特殊位形,从人类发明了机构之初,奇异问题就已经伴随而生了。不论在机器人作业空间边界或者作业空间内部一些区域,都会存在奇异位形。因此奇异位形是对机器人机构运动学性能评价的一个重要指标。对奇异问题的解决对于提高工业机器人作业的稳定性、动力学性能及应用推广都具有重要意义。本文将以六关节串联机械臂为原型,围绕工业机器人的奇异位形问题,主要的研究工作包括以下几个方面:分析了通用四元素DH法存在的缺陷,给出了对DH法的改进和详细分析,并运用该法建立了运动学模型。利用MATLAB实现了对该运动学模型的图形和数值仿真,验证了建立的模型的正确性。基于雅克比矩阵给出了两种奇异位形识别方法:代数法和几何法。对这两种方法做了详细的推导和对比分析。利用最近研究较热的螺旋理论,给出了利用螺旋运动方程求解雅克比矩阵的详细分析。利用几何法从奇异位形的本质着手,从运动副线性相关性角度对机器人的奇异位形进行了详细的分析,并将分析结果与用雅克比矩阵求得的结果进行对比,表明几何法分析的正确性,同时也对这两种方法的利弊进行了分析阐述。对于奇异位形的处理,基于目前关于奇异位形处理的两大主流方法,从空间规划角度,提出了一种机器人基于奇异区域限定的避免算法。最后从理论和实验数据仿真两个方面,对该算法进行了验证,结果分析表明了该算法的正确和可行性。
【关键词】：六关节串联机器人 奇异位形 工业机器人 运动学 雅克比矩阵
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(沈阳计算技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 引言9-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究背景与意义11-17
• 1.1.1 国外工业机器人发展现状与趋势11-14
• 1.1.2 我国工业机器人发展现状、机遇和挑战14-16
• 1.1.3 串联机器人运动学中奇异性问题16-17
• 1.2 国内外机器人奇异问题研究现状17-19
• 1.3 本文主要研究内容和组织结构19-21
• 第二章 工业机器人运动学的基本理论21-36
• 2.1 运动学建模21-26
• 2.1.1 坐标变换与刚体位姿21-23
• 2.1.2 连杆坐标系23-26
• 2.2 正向运动学分析与仿真26-29
• 2.3 逆向运动学分析与仿真29-34
• 2.4 雅克比矩阵与奇异位形34-35
• 2.5 小结35-36
• 第三章 基于雅克比矩阵的奇异位形识别36-49
• 3.1 基于微分等价变换求雅克比矩阵36-38
• 3.2 基于螺旋运动方程求雅克比矩阵38-41
• 3.3 奇异位形识别及仿真41-47
• 3.4 小结47-49
• 第四章 基于格拉斯曼几何法的奇异位形识别49-54
• 4.1 格拉斯曼几何49-51
• 4.2 奇异位置识别51-53
• 4.3 小结53-54
• 第五章 机器人奇异位形处理算法54-70
• 5.1 极限位置奇异的处理算法55
• 5.2 内部奇异的处理算法55-60
• 5.2.1 基于奇异区识别的末端轨迹规划57-58
• 5.2.2 基于高次曲线的关节运动规划58-60
• 5.3 算法验证与分析60-69
• 5.4 小结69-70
• 总结与展望70-72
• 参考文献72-76
• 发表文章76-77
• 致谢77

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本文编号：823440