空间超冗余度机器人机构设计及运动规划研究

摘要

超冗余度机器人具有良好的环境适应性及相容性、容错性和鲁棒性，在宇宙探测、军事侦察和抢险救灾等复杂环境有光明的应用前景。本学位论文对空间超冗余度机器人的设计及空间运动轨迹规划开展研究，具有重要科学意义和应用价值。完成的主要工作和取得的研究成果如下。 1、在总结多种超冗余度机器人关节构型的优缺点基础上，提出了一种电机驱动的二自由度新型关节。该关节巧妙地将齿轮传动引入到十字轴万向关节中，有效克服传统万向关节存在的传动速比不均匀、传动精度低等缺点，还具有结构简单紧凑、体积小、结构解耦、刚性好、驱动力矩大、运动平稳等优点。应用该新型关节模块设计了一种10自由度空间超冗余度机器人，该机器人具有良好的整体性能。 2、进行了空间超冗余度机器人的运动学研究。运用脊线模态法对空间超冗余度机器人进行了正运动学和逆运动学的建模和求解，并推导了脊线与原超冗余度机器人关节链拟合的方法。 3、进行了超冗余度机器人的空间运动规划与仿真。以最小关节运动幅度为优化目标，应用遗传算法进行了超冗余度机器人的空间直线运动和空间圆周运动规划；采用基于形状控制的几何分析法，引入角位移、角速度、角加速度的摆线运动方程，进行超冗余度机器人平面包裹运动规划和空间包裹运动规划。 通过本论文的研究，一方面丰富了超冗余度机器人关节的结构种类，另一方面为优化超冗余度机器人的设计和空间运动轨迹规划提供了有效的方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.2.1超冗余度机器人分类概述

1.2.2超冗余度机器人研究中的关键问题

1.2.3超冗余度机器人构型设计概况

1.2.4超冗余度机器人运动学研究概况

1.3论文的选题意义

1.4论文的研究内容

第2章 新型超冗余度机器人构型设计

2.1引言

2.2超冗余度机器人构型分析和性能要求

2.2.1构型分析

2.2.2设计要求

2.3超冗余度机器人关节模块设计

2.3.1结构与原理

2.3.2关节中齿轮传动参数的优化

2.3.3可行性分析及性能比较

2.4超冗余度机器人总体构型设计

2.5本章小结

第3章 空间超冗余度机器人的运动学理论

3.1引言

3.2脊线运动学

3.2.1脊线模态法概述

3.2.2脊线的参数方程

3.2.3脊线的运动学

3.3脊线与其原机构的拟合

3.4本章小结

第4章 空间超冗余度机器人运动规划

4.1引言

4.2最小关节运动幅度运动规划

4.3空间直线运动规划

4.3.1空间直线运动插补算法

4.3.2实例

4.4空间圆周运动规划

4.4.1外接圆的确定

4.4.2坐标转换

4.4.3圆弧运动插补算法

4.4.4实例

4.5包裹运动规划

4.5.1包裹运动分析

4.5.2实例

4.6本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果