冗余度双臂工业机器人虚拟样机的研究

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1、中图分类号：TP242论文编号：102870516-S089学科分类号：080202硕士学位论文冗余度双臂工业机器人虚拟样机的研究研究生姓名严铖学科、专业机械电子工程研究方向机电控制及自动化指导教师吴洪涛教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一六年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringResearchonVirtualPrototypeofRedund

2、antDual-armIndustrialRobotAThesisinMechanicalandElectronicEngineeringbyYanChengAdvisedbyProf.WuHongtaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJan，2016南京航空航天大学全日制硕士学位论文摘要随着社会与科技的发展，机器人已应用于各个领域，对机器人提出了更高的要求。越来越复杂的操作环境和任务要求，使得避障规划

3、和双臂协调操作规划成为了亟需解决的关键问题，针对冗余度双臂工业机器人虚拟样机的研究具有重要意义。本课题针对以上两个关键问题，在理论建模的基础上，提出了冗余度双臂工业机器人的虚力避障规划算法和面向操作对象的协调操作规划算法，并通过虚拟样机仿真分析对算法进行了验证。本文的主要研究内容如下：1.利用D-H参数法对七自由度机械臂进行了运动学建模，分析了冗余度机械臂的自运动特性和基于梯度投影法的运动学逆解；利用牛顿欧拉方法对七自由度机械臂进行了动力学建模，为后续的研究了提供理论基础。2.针对机器人的避障规划问题，利用冗余度机械臂的自运动

4、特性和运动学逆解，结合基于最小距离的碰撞检测，设计了虚拟推力避障规划算法，解决了障碍物影响机械臂中间杆件运动的问题；在此基础上引入两个任务转换系数，实现了末端轨迹和避障运动的主次任务转换，解决了障碍物影响末端执行器运动的特殊问题。3.针对冗余度双臂工业机器人系统在紧协调约束条件下的协调操作问题，根据面向对象的协调操作思想，定义了双臂协调操作空间，设计了双臂机器人系统面向操作对象的协调操作算法，并结合七自由度机械臂的避障规划设计了冗余度双臂机器人的协调避障算法。4.基于模块化关节设计了冗余度双臂机器人的三维模型，搭建了系统的虚拟

5、样机平台，并利用虚拟样机对理论模型和算法进行了仿真分析，并与数值仿真结果进行了对比，验证了理论建模的正确性以及算法的有效性和可靠性。关键词：双臂机器人，冗余度机械臂，避障规划，协调控制，虚拟样机i冗余度双臂工业机器人虚拟样机的研究ABSTRACTWiththedevelopmentofsocietyandtechnology,theapplicationoftherobothasexistedinvariousfields,whichputsforwardhigherrequirementstorobots.Moreandmo

6、recomplexoperatingenvironmentandmissionmakeobstacleavoidanceplanningandcoordinateoperatingplanningbecomemainchallenges.So,thestudyofredundantindustrialdual-armsrobotvirtualprototypeisofgreatsignificance.Tosolvethetwomainproblems,thissubjectpresentsvirtualthrustavoid

7、anceplanningalgorithmofredundantmanipulatorsandtarget-orientedcoordinateoperationplanningalgorithmofdual-armrobotsystembasedonmodelingtheory.Thetwoalgorithmsareverifiedbyvirtualprototypesimulationanalysis.Themainresearchcontentsofthispaperareasfollows:1.Thispaperest

8、ablishedkinematicsmodelusingD-Hparametermethod.Theself-motionfeatureinredundantmanipulatorandinversekinematicssolutionbasedonthegradientpr