机器人奇异位形分析及控制方法研究

摘要

奇异位形的分析是机器人通过奇异位形时轨迹控制的关键.该文分析了少自由度机构的特殊运动性质.螺旋理论和线几何理论是进行机器人奇异位形分析的主要理论,该文对工业应用最为广泛的PUMA型机器人首先运用传统的螺旋理论进行了奇异位形分析,找出了其在工作空间的所有奇异位形.然后介绍了目前国内外比较新颖的机器人奇异位形分析理论一线几何理论(目前该理论已经成功运用到并联三角平台机器人的奇异位形分析中),并运用该理论对PUMA型串联机器人进行了奇异位形分析,同样也找出了该型号机器人在工作空间的所有奇异位形.在考虑机器人的高度非线性和强耦合性的基础上,运用CMAC网络对具有一个冗余自由度的机械手控制器的设计是行了研究,基于CMAC网络原理,针对具有一个冗余度的三自由度平面机械手,设计了具有正模型(辨识)和逆模型(控制)的控制器,并对此控制器的控制性能进行了仿真研究.论文的最后还就整个课题的研究工作以及研究方向进行了总结,阐明了研究过程中所获得的经验教训,并对今后的研究方向进行了展望.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1课题的背景

§1.2研究现状

§1.3课题的基本思想及研究意义

§1.4论文的主要工作及组织结构

第二章少自由度机器人的特殊运动性质

§2.1不完全自由的自由度

§2.2螺旋理论

§2.2.1线矢量(Line Vector)

§2.2.2螺旋(Screw)

§2.2.3螺旋系（$1$2…$n）的线性相关性

§2.3反螺旋和被约束的运动

§2.3.1反螺旋＄r为(O；s)

§2.3.2反螺旋＄r为(s；O)

§2.3.3反螺旋＄r为(s；r×s)

§2.3.4反螺旋＄r为(s；hs)

§2.3.5反螺旋＄r为(s；r×s+hs)

§2.4约束作用下存在的特殊转动

§2.4.1单个线矢力$r

§2.4.2双线矢力＄r1，＄r2

§2.5本章小结

第三章PUMA机器人的奇异位形分析

§3.1基于螺旋理论的PUMA机器人奇异位形分析

§3.2基于线几何理论的PUMA机器人奇异位形分析

§3.2.1 Grasmman线几何

§3.2.2机器人机构奇异位形分析

§3.2.3 PUMA机器人奇异位形分析

§3.3本章小结

第四章机器人控制方法研究

§4.1机器人的神经网络控制研究

§4.1.1神经网络的发展及其在控制中的应用

§4.1.2神经网络的基本原理

§4.1.3机器人神经网络控制研究进展

§4.2具有冗余度的机器人的神经网络控制研究

§4.2.1CMAC网络原理及学习规则

§4.2.2基于CMAC网络的机械手的运动学控制

§4.3本章小结

§4.3.1总结

§4.3.2展望

第五章总结与展望

§5.1论文工作总结

§5.2研究展望

参考文献

致谢