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移动机械手动力学建模及其仿真研究

师名林  
【摘要】: 移动机械手由移动平台和机械手组成,机械手安装在移动平台上。移动机械手具有几乎无限大的操作空间、高运动冗余性,同时具有移动和操作两种功能,这是移动机械手的优点。但它同时存在的高运动冗余性、非完整性和不确定性,使它的运动规划和协调控制变得复杂和困难。本文以移动机械手实体为例,深入研究了移动机械手的运动学和动力学问题,这为进一步研究移动机械手的运动规划和协调控制打下了重要基础。 本文研究的主要内容有: 首先,本文在对移动机械手结构特征很好把握的基础上,将移动机械手分为机械手和移动平台两部分,分别建立了机械手的正、逆运动学模型和移动平台的运动学模型。 其次,在运动学研究的基础上,将移动机械手分为机械手和移动平台两部分,运用牛顿-欧拉动力学方法,分别推导出了机械手的逆动力学模型和正动力学模型,并利用MATLAB进行了动力学仿真,接着推导出了移动平台的动力学模型,最终推导出了移动机械手的统一动力学模型。 最后,本文根据前面已建立的移动机械手统一动力学模型,采用解耦设计,分别为移动平台和机械手设计了动力学路径跟踪控制器,并利用MATLAB验证了动力学控制器的可行性。其中,移动平台采用分段运动学到动力学的设计方法,机械手采用计算力矩的设计方法。


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