6-DOF串联机器人动力学性能指标分析与仿真

摘要

在对机器人的结构和控制方案进行设计和拟定时，通常都要考虑如何才能达到机器人的最佳性能。国内外学者对如何评定机器人动力学性能的好坏给与了的关注和研究。从1971年Vinogrador提出的工作角概念一直到1991年C．Gosselin和J．Angeles提出的基于Jacobian矩阵的全域性能指标，所有研究都局限在速度性能指标的讨论，对于加速度分析仅仅刻画了机器人在加速度为零时的局部动态性能，尚不能满足开发高速度、高精度机器人的要求。本文利用一种全新的动力学全域性能指标对6-DOF串联机器人动力学性能进行分析和评价。 本文首先介绍了机构的位姿描述、齐次变换、影响系数概念以及一种新的6-DOF串联机器人动力学性能评价指标。然后，根据影响系数法分别建立了Stanford机器人和Motoman机器人的Jacobian矩阵和Hessian矩阵，利用6-DOF串联机器人的动力学全域性能指标对这两个机器人进行动力学性能指标分析。由于机构的动力学性能指标由Jacobian矩阵和Hessian矩阵共同决定，所以分别计算出这两项指标对串联机器人动力学性能的影响，通过对大量数据进行对比得出结论。 为了验证性能指标分析的正确性，本文用Matlab仿真软件对Stanford机器人和Motoman机器人分别进行了实体和运动仿真，并设计了仿真平台，该平台可以将分析过程可视化并提供机器人的运动数据。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1工业机器人的产生和发展

1.2串联机器人技术概述

1.3计算机仿真

1.3.1机器人仿真技术

1.3.2 Matlab仿真环境简介

1.4本文研究内容和组织结构

第2章6-DOF串联机器人动力学性能评价指标

2.1引言

2.2位姿描述和齐次变换

2.2.1刚体位姿的描述

2.2.2齐次变换

2.2.3连杆坐标系

2.3串联开链机构的运动影响系数

2.3.1影响系数的概念

2.3.2建立机构的影响系数矩阵

2.3.3机构运动的影响系数法

2.4 6-DOF串联机器人性能评价指标

2.4.1性能评价指标发展现状

2.4.2速度性能指标

2.4.3加速度性能指标

2.4.4惯性力性能指标

2.4.5灵巧度全域性能指标

2.5本章小结

第3章Stanford机器人性能指标分析

3.1引言

3.2空间位置分析

3.3影响系数矩阵

3.3.1一阶影响系数矩阵

3.3.2二阶影响系数矩阵

3.4影响系数矩阵正确性验证

3.4.1验证方法

3.4.2验证结论

3.5机构性能指标分析

3.5.1速度全域性能指标分析

3.5.2加速度全域性能指标分析

3.5.3惯性力全域性能指标分析

3.6本章小结

第4章Stanford机器人性能仿真分析

4.1引言

4.2机构实体仿真

4.2.1构件模型的建立

4.2.2整体模型的搭建

4.3机构运动仿真

4.3.1运动仿真数据准备

4.3.2仿真结果分析

4.4仿真程序流程

4.5本章小结

第5章Motoman机器人性能指标分析与仿真

5.1引言

5.2空间位置分析

5.3影响系数矩阵

5.3.1一阶影响系数矩阵

5.3.2二阶影响系数矩阵

5.4影响系数矩阵正确性验证

5.5机构性能指标分析

5.5.1速度全域性能指标分析

5.5.2加速度全域性能指标分析

5.5.3惯性力全域性能指标分析

5.6机构仿真分析

5.6.1仿真平台的构建

5.6.2仿真结果分析

5.7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介