冗余度机器人运动学建模及逆解优化研究

摘要

该文系统深入的分析研究了冗余自由度机器人的运动学优化控制和柔性冗余度机器人末端残余振动的抑制方法.首先,在分析冗余自由度机器人运动学优化约束的基础上,定义了“优化力度”,引入量化的“优化力度函数”用于单目标运动学优化控制.研究发展了可以描述机器人末端残余振动与其自运动之间关系的柔性冗余度机器人动力学模型,探讨了通过规划连杆间的自运动提高柔性冗余度机器人末端残余振动抑制能力的方法.基于所发展的冗余自由度机器人单目标运动学优化控制方法和多目标综合运动学优化控制方法,建立了BUAA-RR-3七自由度机器人的仿真系统.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2冗余自由度机器人的研究进展

1.2.1冗余自由度机器人运动学逆解

1.2.2运动学单优化性能指标

1.2.3运动学多优化性能指标

1.2.4常用运动学优化控制方案

1.3柔性冗余度机器人的研究进展

1.4本文研究内容

第2章冗余自由度机器人逆运动学

2.1机器人的冗余度和运动学速度逆解

2.2自运动放大系数k取值范围

2.3优化力度

2.4优化力度函数和自运动限制因子

2.5基于优化力度函数的冗余度机器人运动学逆解

2.6小结

第3章冗余自由度机器人的运动学性能多目标优化

3.1冗余自由度机器人的运动学性能指标

3.2基于“优化力度”的多指标综合优化

3.3优化力度函数和自运动限制因子

3.3.1优化力度函数

3.3.2自运动限制因子

3.4冗余自由度机器人多目标优化运动学逆解

3.5小结

第4章柔性冗余度机器人的动力学模型

4.1柔性冗余度机器人概念

4.2柔性冗余度机器人的控制算法

4.2.1柔性冗余度机器人动力学模型

4.2.2柔性冗余度机器人残余振动方程

4.3自运动任意矢量的选取

4.3.1机器人末端变形误差

4.3.2优化区域确定原则

4.3.3约束变尺度法优化流程

4.4小结

第5章BUAA-RR-3七自由度机器人运动学模型

5.1 BUAA-RR-3七自由度机器人的机构特性

5.2 BUAA-RR-3七自由度机器人的控制系统

5.2.1硬件设计

5.2.2软件设计

5.3 BUAA-RR-3七自由度机器人运动学模型参数

5.3.1 BUAA-RR-3七自由度机器人的结构参数和D-H矩阵

5.3.2 BUAA-RR-3七自由度机器人Jacobian矩阵

5.3.3 BUAA-RR-3七自由度机器人Jacobian矩阵导数

5.4小结

第6章运动学优化仿真分析

6.1 MATLAB简介

6.2基于优化力度的单指标运动学优化控制仿真

6.2.1七自由度机器人的简化模型

6.2.2仿真初始条件及运动假定

6.2.3仿真结果及分析

6.3基于优化力度的多指标综合运动学优化控制仿真

6.3.1七自由度机器人简化模型

6.3.2仿真初始条件及运动假定

6.3.3仿真结果及分析

6.4 小结

第7章结论

参考文献

致谢