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模块化双臂机器人可以替代或帮助人类完成各种协同工作,目前是机器人智能发展的热点,其研究水平在一定程度上代表着一个国家在机械臂领域的地位。模块化机械臂通过模块重组以适应不同的操作环境或变化的任务,是双臂机器人研究的关键。论文的选题源于安徽高校自然科学研究重点项目“机器人双臂操作能力地图构建及拟人运动规划方法研究”(项目号为KJ2016A200)和安徽省博士后基金项目“基于神经生理学的机器人双臂拟人运动规划研究”(项目号为DG081)。论文针对模块化双臂协作机器人,研究机器人模块化双臂系统结构、模块化双臂的运动学建模、模块化双臂奇异构型分析和模块化双臂协作空间解算等四个方面内容。论文主要研究内容如下:(1)建立机器人模块化双臂机械系统。围绕具有中空结构的模块化机械臂,深入分析其关节模块、手爪模块和连接件的机械结构。构建模块化六自由度机械臂的整体结构,并使用SolidWorks绘制模块化机械臂的三维模型。(2)机器人模块化双臂的运动学分析。采用DH法分析了模块化双臂的运动学,得到了正运动学方程。结合变量分离法与几何法,分析了模块化双臂机器人的逆运动学并编制机械臂的逆运动学算法。利用快速建模的方法将机械臂的三维模型导入MATLAB,建立机器人双臂的运动学仿真平台,并将机械臂转换为数据参数导入到构建的仿真平台中,验证了机械臂的正运动学和逆运动学。(3)机器人模块化双臂的奇异性分析。利用微分变换法计算模块化机械臂的雅可比矩阵。通过分解机械臂的奇异点计算模块化机械臂奇异状态的所有构型,获得所有奇异点并分别给出相应的手臂构型情况;基于可操作性灵活性指标和最小奇异值灵活性指标,用机器人工具箱仿真模块化机械臂的奇异情况,并研究当模块化机械臂处于奇异位置时,末端执行器的可操作度椭球的形状。(4)机器人模块化双臂协作空间解算。机械臂操作的最佳性能是在协作空间中实现的。根据机械臂运动学分析推导出末端执行器参考点的工作空间的表达式,采用解析法、几何法、蒙特卡洛法和离散空间法分别求解机械臂的工作空间,接着采用蒙特卡洛法和离散空间法提取出机械臂的协作空间,通过这几种方法的计算,验证了本文求得的机器人手臂的工作空间的正确性。模块化机器人双臂的运动学、奇异位形以及协作空间的分析是模块化机械臂研究的基础,对未来机器人的开发和使用起到一定的实际意义。