微反作用力空間機(jī)械臂的軌跡規(guī)劃.pdf

1、空間機(jī)械臂具有巨大的軍事和民用價(jià)值,是近年來機(jī)器人領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對象。由于基座不受控,運(yùn)動(dòng)時(shí)手臂與基座之間存在耦合力和力矩,會(huì)對基座位姿產(chǎn)生干擾。當(dāng)兩者之間的作用力過大時(shí),基座將產(chǎn)生嚴(yán)重的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)。本文運(yùn)用智能優(yōu)化算法對手臂運(yùn)動(dòng)進(jìn)行規(guī)劃,保證手臂運(yùn)動(dòng)對基座的作用力最小,達(dá)到基座位姿干擾最小化。
　　首先,針對基座無不受控的機(jī)械臂系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,推導(dǎo)自由漂浮狀態(tài)下機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)。運(yùn)用動(dòng)量守恒定理對手臂和基座的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力

2、學(xué)進(jìn)行解耦,得到一種類似于地面機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)公式。進(jìn)一步討論機(jī)械臂特有的動(dòng)力運(yùn)動(dòng)學(xué)特性、非完整性、奇異性。并對機(jī)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(jìn)行分析,為機(jī)械臂的軌跡規(guī)劃提供理論基礎(chǔ)。
　　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(dòng)為目標(biāo)函數(shù),規(guī)劃出各手臂關(guān)節(jié)的最終狀態(tài),再以最大反作用力為目標(biāo)函數(shù),規(guī)劃出手臂的運(yùn)動(dòng)過程,并針對這種算法進(jìn)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(biāo)進(jìn)行軌跡規(guī)劃,對兩種規(guī)劃方法進(jìn)行比較,得出最優(yōu)的路徑規(guī)劃算法。
　　第三,針對機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。為獲得結(jié)構(gòu)變形小和抗振動(dòng)性強(qiáng)的結(jié)構(gòu),利用ANSYS軟件的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)功能對設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析及定型。利用ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)功能,得到擾動(dòng)小,質(zhì)量輕的手臂結(jié)構(gòu);再對手臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模,分析手臂結(jié)構(gòu)的模態(tài)固有頻率,論證該結(jié)構(gòu)下共振安全性