受約束可重構(gòu)機械臂構(gòu)形優(yōu)化與動力學自動分解方法.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的機器人已經(jīng)很難滿足人類的需求。單一功能的機器人無法完成多種類型的工作，而針對不同任務(wù)設(shè)計不同構(gòu)形的機器人會浪費資源。因此，更加靈巧，更加智能的可重構(gòu)機器人應(yīng)運而生。可重構(gòu)機器人是一種由多種不同功能的模塊組成，可以根據(jù)任務(wù)或環(huán)境的變化而改變構(gòu)形的機器人。依據(jù)模塊化理念進行設(shè)計，可重構(gòu)機器人有著很好的柔性和靈巧性。在應(yīng)對所處環(huán)境復(fù)雜、精度要求高的任務(wù)，展現(xiàn)了不俗的能力?，F(xiàn)在可重構(gòu)機器人已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到醫(yī)療、科學探險、太

2、空探索、危險環(huán)境作業(yè)等領(lǐng)域中?？芍貥?gòu)機器人的研究方向也很多，如基于任務(wù)可達性的構(gòu)形優(yōu)化問題、末端與環(huán)境接觸時平順控制問題、模塊關(guān)節(jié)力矩觀測器設(shè)計問題、多故障并發(fā)的主動容錯問題等。因此，對可重構(gòu)機器人的研究具有深遠的理論與實際意義
　　本文針對可重構(gòu)機械臂動力學自動分解與構(gòu)形優(yōu)化問題進行了理論與實驗研究。首先，利用齊次變換法對可重構(gòu)機械臂的正運動學問題進行分析，給出了基于幾何法，D-H方程直接法，D-H方程最優(yōu)法的可重構(gòu)機械臂正逆運

3、動學建模方法。然后，結(jié)合旋量理論與牛頓-歐拉法建立了可重構(gòu)機械臂在自由空間的動力學模型，利用雅克比矩陣分析了機械臂末端接觸力與各關(guān)節(jié)力/轉(zhuǎn)矩之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，在此基礎(chǔ)上建立了約束空間下可重構(gòu)機械臂的動力學模型。接下來，針對關(guān)節(jié)運動約束下可重構(gòu)機械臂構(gòu)形優(yōu)化問題進行了研究，將該問題轉(zhuǎn)化為有向連通圖最短路問題，設(shè)計了一種結(jié)合Dijkstra算法與遺傳算法的優(yōu)化方法對該問題進行求解。實現(xiàn)了能量、時間最優(yōu)下的多目標構(gòu)形優(yōu)化，并進行了三維仿真驗證。