柔性机器人碰撞动力学建模及其仿真

摘要

随着新一代机器人正向着高速化、精密化和轻型化和大跨度的方向发展，机器人的协调操作等问题日益显现。目前，柔性机器人系统碰撞动力学越来越受到重视，已经成为机器人学和多柔体系统动力学研究的热点之一。本文在当前国内外学者研究的基础上，对柔性机器人系统的碰撞动力学进行了进一步探索。其中，柔性机器人的运动学以4×4阶齐次变换矩阵为基础建立在相对坐标系中。运用模态假设法处理杆件柔性变形，通过引入冲量势的概念，推导出了由n杆组成的柔性机器人系统受外冲击的Lagrange动力学方程。机器人工作时与之发生碰撞的操作对象可能是运动或静止的物体、环境、甚至是与之协调操作的机器人。本文考虑碰撞最复杂的情况，将碰撞的对象视为另一机器人，在机器人受外冲击动力学方程的基础上结合系统的碰撞恢复系数方程，分别推导得到了单臂柔性双机器人系统相互碰撞时的动力学方程和多臂柔性双机器人系统相互碰撞时的动力学方程。所得方程中广义冲量与广义速度突变之间是解耦的，适于计算机程式化计算。并通过算例分析了柔性对机器人碰撞的影响和柔性机器人系统碰撞后的动力学响应。

目录

文摘

英文文摘

声明和学位论文使用授权声明

1绪论

1.1研究的背景及意义

1.2文献综述

1.2.1机器人动力学的特点及其方法

1.2.2柔性机器人碰撞动力学研究现状

1.2.3柔性机器人碰撞动力学的建模方法

1.2.4柔性机器人系统动力学仿真

1.2.5机器人技术的发展趋势

1.3本文的内容安排

2柔性机器人运动学

2.1概述

2.2杆件的位置和姿态描述

2.3齐次变换矩阵

2.4 Denavit-Hartenberg(D-H)坐标系

2.5柔性杆变形的处理

3柔性机器人碰撞动力学建模

3.1概述

3.2柔性机器人受外冲击时的动力学建模

3.2.1冲量势和分析形式的碰撞动力学方程

3.2.2柔性机器人系统的动能

3.2.3碰撞动力学方程的显式化

3.3单臂双机器人系统碰撞动力学

3.3.1单臂双机器人系统描述

3.3.2单臂双系统柔性机器人碰撞动力学方程

3.3.3碰撞冲量未知时的动力学方程

3.4多臂柔性双机器人系统碰撞动力学建模

3.4.1多臂双机器人系统碰撞运动学描述

3.4.2多臂双机器人系统碰撞动力学方程

4柔性机器人碰撞动力学仿真

4.1仿真程序流程

4.2单杆柔性机械臂碰撞仿真

4.2.1单杆柔性机械臂系统描述

4.2.2单杆柔性机械臂碰撞仿真结果

4.3二杆柔性机器人碰撞仿真

4.3.1二杆柔性机器人系统描述

4.3.2二杆柔性机器人碰撞仿真结果

4.4三杆刚—柔性机器人碰撞仿真

4.4.1三杆刚—柔性机器人系统描述

4.4.2三杆刚—柔性机器人碰撞仿真结果

4.5简化的Canadarm2刚—柔性机器人碰撞仿真

4.5.1 Canadarm2刚—柔性机器人简介

4.5.2 Canadarm2刚—柔机器人碰撞仿真结果

4.6仿真结果分析

5全文总结

致谢

参考文献

附：作者在攻读硕士学位期间发表论文情况