| 【中文题名】 | 六自由度串联机械手位置逆解若干问题的研究 |
| 【英文题名】 | A Study on Some Issues for Inverse Kinematics of 6 DOF Serial Manipulator |
| 【学科专业】 | 机械设计及理论 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-9-26 |
| 【中关键词】 | 6自由度机械手,位置逆解,欠自由度,运动学方程,特征值, |
| 【英关键词】 | 6 DOF manipulator,Inverse kinematics,Low DOF,Kinematics Equation,Eigenvalue, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>机器人技术>机械手> |
| 【论文摘要】 | 六自由度串联机械手的位置逆解问题一直是机器人学研究领域的难点和热点之一。从逆解算法中得到的输入输出方程具有很大的理论研究价值，可以在此基础上进行诸多机构学问题的研究；另外，运动学逆解也是机械手进行运动规划和轨迹控制的关键。目前，已经提出一些准确性和实时性都比较好的逆解算法，也有一些针对欠自由度机械手的逆解算法，但对于因关节故障而形成的欠自由度机械手的位置逆解都不能使它达到更多位姿，完成大部分原计划任务。本文以这种因关节故障而形成的欠自由度机械手逆解算法问题为研究对象，提出了一种新的方法，并将其运用于解决实际问题中。主要研究内容如下：
1．六自由度机械手在一个关节发生故障时，成为五自由度机械手或称欠自由度机械手。如果机械手抓取的是棒状物体，可以对手爪围绕棒中心线的转动姿态参数不加限制，从而把这一转动虚拟成一个未知的旋转关节，这样欠自由度机械手的位置反解问题就转换成含有六个未知量的位置反解问题。由于其结构参数发生变化，成为对新的机构的机械手进行求解，且故障的关节是不确定的，因而反解程序须满足这一不确定性要求。一旦位置反解的运动学方程建立之后，解方程的过程与六自由度串联机械手的算法类似。
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| 【论文题纲】 |
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第一章 绪论 |
9-14 |
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1.1 具有容错性能的六自由度机械手位置逆解问题的研究意义 |
9-11 |
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1.1.1 六自由度机械手位置逆解问题的研究现状 |
9-10 |
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1.1.2 具有容错性能的六自由度机械手位置逆解问题的研究意义 |
10-11 |
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1.2 用C++语言实现六自由度机械手仿真系统的现实意义 |
11-12 |
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1.3 课题的提出 |
12-13 |
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1.4 本文研究的主要内容 |
13-14 |
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第二章 六自由度机械手位置逆解算法 |
14-39 |
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2.1 引言 |
14 |
|
2.2 一般6R机械手位置逆解问题 |
14-23 |
|
2.2.1 运动学方程的建立 |
14-17 |
|
2.2.2 方程的消元与变量求解 |
17-21 |
|
2.2.3 算法实例 |
21-23 |
|
2.3 一般6R机械手位置逆解问题的特征值方法求解 |
23-27 |
|
2.3.1 一般6R机械手位置逆解问题的特征值运算 |
23-24 |
|
2.3.2 算法实例 |
24-27 |
|
2.4 一种1P5R六自由度机械手位置逆解算法 |
27-32 |
|
2.4.1 算法模型的建立 |
27-28 |
|
2.4.2 选择运动学方程 |
28-30 |
|
2.4.3 方程的消元与求解 |
30-31 |
|
2.4.4 算法实例 |
31-32 |
|
2.5 一种双关节6R机械手位置逆解算法 |
32-38 |
|
2.5.1 算法模型的建立 |
33-35 |
|
2.5.2 选择运动学方程 |
35-36 |
|
2.5.3 方程的消元与求解 |
36-37 |
|
2.5.4 算法实例 |
37-38 |
|
2.6 本章小结 |
38-39 |
|
第三章 具有容错性能的六自由度机械手位置逆解 |
39-64 |
|
3.1 一种具有容错性能的六自由度机械手位置逆解 |
39-40 |
|
3.2 具有容错性能的一般6R机械手位置逆解算法 |
40-45 |
|
3.2.1 算法模型的建立 |
40-43 |
|
3.2.2 求解方程 |
43-44 |
|
3.2.2 算法实例 |
44-45 |
|
3.3 具有容错性能的1P5R机械手位置逆解算法 |
45-53 |
|
3.3.1 前言 |
46 |
|
3.3.2 算法模型的建立 |
46-47 |
|
3.3.3 方程式的选择及消元与求解 |
47-51 |
|
3.3.4 算法实例 |
51-53 |
|
3.4 具有容错性能的双关节6R机械手位置逆解算法 |
53-62 |
|
3.4.1 前言 |
54 |
|
3.4.2 算法模型的建立 |
54-56 |
|
3.4.3 方程式的选择及消元与求解 |
56-60 |
|
3.4.4 算法实例 |
60-62 |
|
3.5 本章小结 |
62-64 |
|
第四章 用C++实现六自由度机械手仿真系统 |
64-74 |
|
4.1 用C++语言实现六自由度机械手位置逆解算法 |
64-69 |
|
4.1.1 矩阵类设计 |
64-67 |
|
4.1.2 六自由度机械手位置逆解的特征值算法在C++中的实现 |
67-69 |
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4.2 六自由度机械手仿真系统说明 |
69-70 |
|
4.2.1 界面输入输出模块 |
69-70 |
|
4.2.2 六自由度机械手的反解模块 |
70 |
|
4.2.3 轨迹规划模块 |
70 |
|
4.3 一般6R机械手位置逆解的仿真验证 |
70-73 |
|
4.4 本章小结 |
73-74 |
|
第五章 结论与展望 |
74-77 |
|
5.1 结论 |
74-75 |
|
5.2 展望 |
75-77 |
|
附录一 矩阵类主要函数的实现 |
77-85 |
|
参考文献 |
85-89 |
|
致谢 |
89-91 |
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作者攻读硕士期间发表的学术论文 |
91 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.380052 |
