双臂冗余类人机器人运动学及控制系统.doc

东南大学 博士学位论文 双臂冗余类人机器人运动学及控制系统研究 姓名：文巨峰 申请学位级别：博士 专业：机械设计及理论 指导教师：颜景平  东南大学博士论文 摘要 机器人技术是?世纪的研究热点，是一个国家整体科技实力的综合体现。 为了更好地开展冗余度智能机器人方面的研究，东南大学机械工程系自主研制了 ??甀型双臂冗余类人机器人系统。本文围绕该机器人系统进行运动学和控制系 统研究。 针对冗余度机器人运动规划存在算法复杂计算量大等问题，本文提出了一种 冗余度机器人运动规划的动态算法。首先，引入扩展雅可比矩阵将该冗余度系统 转化为一非冗余度机器人系统。然后，构造一个动态控制系统来实现逆运动学计 算，并研究了该算法的奇异性和封闭性。仿真表明该算法简单计算量小，并具有 一定的“鲁棒性”和“容错性”。最后，结合??甀型类人机械臂结构特点，成功 实现了该类机械臂的运动控制。 冗余度机器人奇异位形往往使其控制失效，研究其奇异性显得相当重要。为 了减少通常的奇异分析计算量，本文引入螺旋理论探讨了该类机械臂奇异位形。 该奇异分析算法物理意义明确，大大简化了计算。 双冗余臂机器人是一种新型机器人，它并不是两个机械臂的简单组合，而具 有其自身特点。本文在分析单臂机器人运动学基础上，引入运动约束，建立了双 冗余臂机器人运动学模型。并分析了该系统的速度方向性操作度和闭环系统的自 运动形式，为闭环系统控制提供了理论依据。 通过对可操作特性分析来评估机器人的操作性能以便更好地控制机器人；从 驱动空间来分析操作特性，可以更全面地认识整个机器人系统性能。本文在建立 融合传动比操作模型的基础上，分析了机器人的运动学和动力学操作特性。并用 矩阵理论和仿真实验对操作特性作了进一步分析。 类人机器人能够实现智能化和自主化，研究一种具有综合信息处理及决策功 础上，探讨了一种新的控制系统设计方案，并就其实现细节做了进一步分析。文 中采用该系统对机器人系统进行了实验，验证了控制系统是可行的。 总之，本文研究分析了该类智能机器人运动学和控制系统，对进一步研究该 机器人系统提供了理论基础和软件实验平台。  摘要与目录 关键词：冗余度双臂类人机器人，奇异位形，可操作特性，双臂闭环系统，分布 式智能控制系统 ?  东南太学博士论文 ???? ?????? ?? ???? ? ??? ???? ???? ? ????? ? ???狪???? ?? ? ?????? ????? ????? ? ??? ?????? ? ?????．? ??? ??? ???． ? ???? ???? ??? ? ?? ?? ? ???? ???? ??畆???? ??? ? ??? ? ? ??? ??? ??? ? ?? ? ??? ?? ??????? ?? ??? ?? ??? ? ?? ?? ???， ??? ?????????瓵? ? ?????? ??甀 ???? ? ? ???? ?? ? ?? ? ? ?? ??? ??? ? ??? ??? ? ? ???? ?? ? ??—?? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ??．????? ??? ? ? ? ???? ?????瓵? ? ??????? ?? ? ???． ? ???? ???????? ????? ??? ? ? ???．??【?????? ? ????? ?? ??? ??? ???? ?????? ??? ???????? ?????? ??? ??? ???? ?  ???? ?? ???????? ??? ?? ? ?????????． ? ?? ??? ??? ??? ??? ??? ?? ?? ? ?????? ?? ??? ? ? ?????????瓸??? ???猘????? ???????琣 ??? ??? ??? ?????? ? ? ??? ?? ?? ???? ??? ? ????． ? ?????? ??? ????? ? ??? ????? ???? ? ? ?? ? ???? ??甀 ???． ???篸??猘????? ???  ? ??? 东南大学学位论文 独创性声明及使用授权的说明 一、学位论文独创性声明 筮坚 签名 ?期：‰“、??琧 二、关于学位论文使用授权的说明 学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论 文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布??n???论文的全部或部分 容。论文的公布??n???授权东南大学研究生院办理 塞匡踏 导师签名巡兰至 达亟．壁?琾 签名 开期：  第一章绪论 §??机器人的发