基于容錯性能的可重構機器人構形綜合研究.pdf

1、可重構機器人是由一系列不同規(guī)格的模塊組成的智能機器人，它能夠根據不同工作環(huán)境和任務要求調整改變自身構形而快速構建成最佳工作構形。構形綜合是可重構機器人研究的重要內容。冗余度機器人是自20世紀80年代末發(fā)展起來的一種先進機器人系統(tǒng)。利用其自身所具有的冗余特性，研究如何使冗余度機器人實現容錯操作，已成為一個十分活躍的研究領域。當把冗余度的概念引入可重構機器人，結合兩種機器人的優(yōu)勢特性，將使可重構機器人在容錯操作方面具有突出的優(yōu)越性和廣泛的應

2、用前景。本文對冗余度機器人的容錯規(guī)劃、可重構機器人系統(tǒng)的概念設計、運動學自動建模以及基于容錯性能冗余度可重構機器人的構形綜合問題進行了細致的研究。
　　 首先，分析研究了冗余度機器人的基本理論及其運動學優(yōu)化算法，對容錯空間和退化條件數兩種容錯性能指標進行了理論分析和處理。綜合考慮退化條件數和關節(jié)運動限制兩種指標，構造了冗余度機器人的運動規(guī)劃優(yōu)化指標函數，在使得機器人具有良好的容錯操作靈活性的同時，保證了冗余度機器人各關節(jié)在其相應

3、的運動范圍內運動。
　　 然后，根據可重構機器人的應用需求歸納了其系統(tǒng)的一般設計原則，并以此為依據，對可重構機器人系統(tǒng)進行了概念設計。研究了可重構機器人系統(tǒng)的運動學自動建模方法，包括自動求解機器人正運動學方程的方法以及自動求解機器人的雅可比矩陣的方法，克服了傳統(tǒng)的D-H法必須根據不同的機器人構形重新推導相應運動學模型所帶來的不便。
　　 接下來，明確描述了基于容錯性能的可重構機器人構形綜合問題，并分析說明了用以解決構形綜

4、合問題的遺傳算法的基本原理。將可重構機器人構形綜合實現過程分解為構形搜索以及構形遴選兩個階段工作，分別詳細闡述了兩個階段工作實現算法的方法和流程，其中著重說明了用以實現構形搜索的遺傳算法的內部細節(jié)，包括算法中構形染色體的編碼與解碼方法、初始種群的產生方式以及選擇、交叉、變異等基本遺傳操作的具體實施方法等。
　　 最后，利用Matlab實現了本論文提出的構形綜合算法。針對給定目標任務，基于容錯操作性能，分別對平面3自由度以及空間4