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可重构环保机器人的构形及运动学分析

孙美艳  
【摘要】: 随着机器人的应用范围越来越广,我们事先无法确定机器人的任务和工作环境,可重构模块化机器人具有适应环境和任务变化的能力。可重构模块化机器人是由一系列不同尺寸的关节模块和连杆模块组成,然后根据特定任务要求选择一组模块装配而成的机器人。本文主要对可重构环保机器人的模块设计和构形设计的原理以及运动学进行了一些初步的研究。 利用面向功能的模块划分方法,对可重构环保机器人进行模块划分,实现机器人快速重构。 构形设计是设计可重构环保机器人的核心内容。本文对构形设计问题进行了描述,建立了构形设计的优化模型;采用基于遗传算法的方法评价构形设计,避免机器人设计过程中反复求逆解的困难。 运动学建模是研究可重构环保机器人的重要内容之一。运动学分析的统一模型包括可重构机器人的正运动学模型和逆运动学模型。采用运动旋量的指数乘积公式建立正运动学模型。将模块化平台中各模块建立相应的变换矩阵,按照装配成机器人的模块顺序(即从基座开始到末端)相连乘,就得到环保机器人的正运动学方程。此方法大大简化了机器人运动学计算中确定坐标系的烦琐工作。对于逆运动学问题,根据推导出的正运动学方程和微分运动学公式建立逆运动学数学模型,采用牛顿—拉普松迭代法得出逆运动学迭代公式。


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