微反作用力空間機械臂的軌跡規(guī)劃.pdf

1、空間機械臂具有巨大的軍事和民用價值,是近年來機器人領域的重點研究對象。由于基座不受控,運動時手臂與基座之間存在耦合力和力矩,會對基座位姿產生干擾。當兩者之間的作用力過大時,基座將產生嚴重的位移和轉動。本文運用智能優(yōu)化算法對手臂運動進行規(guī)劃,保證手臂運動對基座的作用力最小,達到基座位姿干擾最小化。
　　首先,針對基座無不受控的機械臂系統(tǒng)進行數(shù)學建模,推導自由漂浮狀態(tài)下機械臂的動力學和運動學。運用動量守恒定理對手臂和基座的運動學和動力

2、學進行解耦,得到一種類似于地面機械臂的運動學及動力學公式。進一步討論機械臂特有的動力運動學特性、非完整性、奇異性。并對機械臂的工作空間,姿態(tài)無擾工作空間及位姿無擾的工作空間進行分析,為機械臂的軌跡規(guī)劃提供理論基礎。
　　其次,編寫了一種適用大空間搜索、高效、不易限于局部解的遺傳算法。采用軌跡分解規(guī)劃的思想,先以手臂的位置移動為目標函數(shù),規(guī)劃出各手臂關節(jié)的最終狀態(tài),再以最大反作用力為目標函數(shù),規(guī)劃出手臂的運動過程,并針對這種算法進行

3、具體的空間手臂規(guī)劃仿真。而后采用一種合成規(guī)劃的思想,分別以手臂的最大反作用力和基座位置狀態(tài)為優(yōu)化目標進行軌跡規(guī)劃,對兩種規(guī)劃方法進行比較,得出最優(yōu)的路徑規(guī)劃算法。
　　第三,針對機械臂的結構進行設計和優(yōu)化。為獲得結構變形小和抗振動性強的結構,利用ANSYS軟件的瞬態(tài)動力學功能對設計的結構進行分析及定型。利用ANSYS優(yōu)化設計功能,得到擾動小,質量輕的手臂結構;再對手臂結構進行建模,分析手臂結構的模態(tài)固有頻率,論證該結構下共振安全性