PowerCube模块化机器人及其协调操作研究

摘要

随着机器人技术的飞速发展，双臂模块化机器人引起了越来越多的国内外学者的兴趣。模块化机器人的构型具有多样性，从而对复杂环境更具有适应能力。双臂机器人能完成单臂机器人所不能完成的复杂任务，如搬运、装配、操作大型物体。因此，双臂模块化机器人比单机器人有着更多的优越性，其研究也具有十分重要的现实意义。目前，国内外正对其展开深入研究。本文以PowerCube模块化机器人为对象，开展了两模块化机器人的协调操作研究，并完成了具体的协调操作任务。 首先，对模块化机器人进行了运动学分析。建立了模块化机器人的运动学模型，给出了机器人的位姿正解和位姿反解，并对位姿反解进行了仿真。在此基础上，求解了模块化机器人的雅可比矩阵，确定了奇异点位置，分析了其速度和加速度。 然后，对模块化的工作空间进行了分析。利用解析法和数值法对单机器人的工作空间进行了解析，并求出了工作空间的极限位置。同时，计算了双臂机器人的协作工作空间。 接着，分析了实验系统的硬件和软件。对optotrak三维测量系统与PowerCube模块化机器人之间的数据传输进行了研究，并用拾放操作实验来验证了数据传输的可靠性。 最后，在前面研究的基础上，对两模块化机器人的协调操作进行了研究。分析了协调操作运动约束方程，利用RMRC控制来进行末端位姿调整，从实验上实现了螺栓装配的协调操作。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2文献综述

1.2.1国外双机器人协调操作的研究状况

1.2.2国内双机器人协调操作的研究状况

1.2.3 PowerCube模块化机器人的研究状况

1.2.4机器人视觉反馈技术概述

1.3课题研究目的、意义和内容

1.3.1课题研究目的、意义

1.3.2课题研究内容

第2章模块化机器人运动学分析

2.1引言

2.2齐次变换方法

2.2.1刚体位姿的描述

2.2.2基本齐次变换矩阵

2.3机器人的位姿分析

2.3.1机器人手坐标系

2.3.2连杆坐标系和连杆变换矩阵

2.3.3位姿的正解

2.3.4位姿的反解

2.4机器人的雅可比矩阵

2.4.1雅可比矩阵的定义

2.4.2六自由度模块化机器人雅可比矩阵的求解

2.5机器人的奇异位置及其确定

2.5.1奇异点位置

2.5.2奇异点位置的确定

2.6速度分析

2.6.1正速度问题

2.6.2逆速度问题

2.7加速度分析

2.7.1正加速度问题

2.7.2逆加速度问题

2.8算例

2.9本章小结

第3章模块化机器人工作空间分析

3.1引言

3.2工作空间的定义及确定方法

3.2.1工作空间的定义

3.2.2工作空间的确定方法

3.3单机器人的工作空间

3.3.1界限曲面∑3的求解

3.3.2界限曲面∑0的求解

3.3.3 P6工作空间求解

3.3.4单机器人极限位置求解

3.4双臂机器人的协作工作空间

3.4.1双臂机器人协作工作空间的数学表达

3.4.2双臂机器人协作工作空间极限位置的确定

3.4.3双臂机器人协作工作空间界限曲面的确定

3.5本章小结

第4章模块化机器人实验平台

4.1引言

4.2实验系统组成

4.3 PowerCube模块化机器人子系统

4.3.1硬件构成

4.3.2软件构成

4.4 optotrak3020三维动态测量系统

4.4.1硬件构成

4.4.2软件构成

4.5 RobotPC与optotrakPC的数据传输

4.6拾放操作实验

4.6.1用户自定义坐标系的建立

4.6.1实验设计

4.7本章小结

第5章模块化双机器人的协调操作

5.1引言

5.2协调操作模式

5.3双臂协调的运动约束

5.3.1位置、姿态约束

5.3.2关节速度约束

5.3.3关节加速度约束

5.3.4实验

5.4双臂机器人末端的位姿调整

5.5双臂机器人的运动控制

5.6双臂机器人的协调操作实验

5.6.1双臂机器人螺栓装配的运动规划

5.6.2螺栓装配时的速度配合

5.6.3实验

5.7本章小结

结束语

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢