仿人机器人双臂结构优化设计与协同作业.pdf

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1、CIassifiedIndex：TP242．6U．D．C：621SouthwestUniversity0fScienceandTechnoIogyMasterDegreeThesiSTheOptimumDesignoftheDuaIArms，StructureandCoIaborativeOperationoftheHumanoidRobotGrade：2011Candidate：LiangXiao—boAcademiCDegreeAppIiedfor：MasterSpeciaIty：MechanicaI—eIe

2、ctroniCEngineeringSuperviSOF：Prof．CaiYongMay24，2014独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：骡、]、i戍日期：矽肜．厂-彤关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、

3、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：谗J．彩卜。翩繇助日期：沙肜、r．形西南科技大学硕士研究生学位论文第1页摘要随着科学技术的发展和社会需求的提高，人们发现单机械臂无法完成较复杂或恶劣环境下的工作，因此双机械臂或多机械臂的研究成为仿人机器人研究领域的重点之一。论文根据人手臂生理解剖图和手臂运动机理，提出了一种串并联结合的机械臂结构，运用数学分析法和有限

4、元法对结构的重要零部件进行优化，在满足结构刚性和强度的前提下，减轻了机械臂的总重量。采用D-H坐标系法，构建机械臂的运动学模型，分析了单双机械臂的正运动学和逆运动学。采用拉格朗日方程分析单机械臂的动力学，用牛顿一欧拉方程分析双机械臂协作的动力学和工件的动力学，并将其程序化。采用四元数法和过渡线性插值法规划了单机械臂的轨迹；在此基础上，例举了双机械臂搬运刚体、持钳、操作球绞和做螺旋运动的四种经典协作情况，并做了轨迹规划。论文分析了多机械臂的特点、运动学和动力学。为进一步研究多机械臂协作做了铺垫。论文最后用用ADAM

5、S虚拟仿真平台和用项目团队设计的双臂机器人实验平台执行日常家务整理的操作实验验证了机械臂建模、双臂协同作业搬运刚体、做旋转运动以及做螺旋运动的理论分析的正确性。关键词：双机械臂结构设计与优化运动学和动力学分析双机械臂协作运动规划多机械臂协作运动规划AbstractAsthedevelopmentofscienceandtechnologyandenhancementofsocialdemands，peoplefoundthesinglemechanicalarmcannotworkunderthecomplica

6、tedorsevereenvironment，therefore，theresearchondualmechanicalarmsormulti．mechanicalarmsbecomeonefocusintheresearchfieldofhumanoidrobot．Inthethesis，itproposesaserial-parallelstructureofmechanicalarmaccordingtothephysiologicalanatomyorkineticmechanismofarm．Itopt

7、imizestheimportantpartsofthestructurewithmathematicanalysisandfiniteelementmethodandreducesthetotalweightofthemechanicalarmunderthepremiseofsatisfyingtherigidityandintensity．WiththeD．Hcoordinatesystem，itconstructsthekinematicmodelofmechanicalarlnandanalyzesth

8、eforwardkinematicsandinversekinematicsofsingleanddualmechanicalarm．Itanalyzesthesinglemechanicalarm’skineticswithLagrange—equation，analyzesthedualmechanicalarm’scooperativekineticsandwork