模塊化可重構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、模塊化可重構(gòu)機(jī)器人在外在結(jié)構(gòu)上特點(diǎn)比較顯著，具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、功能強(qiáng)大、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，它是現(xiàn)代機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)前沿分支。模塊化可重構(gòu)機(jī)器人已經(jīng)成為當(dāng)今世界機(jī)器人研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。其宗旨就是根據(jù)不同機(jī)器人的種類和不同的實(shí)驗(yàn)任務(wù)及工程要求，按照相關(guān)原則把機(jī)器人結(jié)構(gòu)上劃分出各個(gè)獨(dú)立功能的模塊，根據(jù)特定場(chǎng)合或者是特定任務(wù)用不同的模塊組裝不同的機(jī)器人結(jié)構(gòu)。機(jī)器人的不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)型直接關(guān)系到機(jī)器人的工作能力強(qiáng)度和性能的優(yōu)劣，從而根據(jù)不同的環(huán)境條件和不同

2、的任務(wù)要求時(shí)來(lái)重新構(gòu)造出不同的機(jī)器人外在結(jié)構(gòu)。如何快速構(gòu)造出機(jī)器人實(shí)際情況的構(gòu)型變化并且迅速確定其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，已經(jīng)變得尤為重要。
　　根據(jù)模塊化與可重構(gòu)的理念，本文提出通過(guò)不同的關(guān)節(jié)模塊和軸桿模塊作為模塊化機(jī)器人系統(tǒng)的基本組成模塊，各個(gè)關(guān)節(jié)模塊都具有一定獨(dú)立的控制能力，軸桿模塊是各個(gè)相鄰的關(guān)節(jié)模塊互相連接的單元，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)用戶可以通過(guò)結(jié)構(gòu)上可重構(gòu)來(lái)完成不同的任務(wù)要求關(guān)節(jié)型機(jī)器人，采用D-H算法對(duì)其關(guān)節(jié)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行建模分

3、析，確定不同關(guān)節(jié)型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，同時(shí)對(duì)機(jī)器人正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析，并且通過(guò)改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤和優(yōu)化，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真和驗(yàn)證。
　　本文首先介紹了模塊化可重構(gòu)機(jī)器人研究動(dòng)態(tài)、分析了國(guó)內(nèi)外機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，提出的了本文研究項(xiàng)目的宗旨和意義。其次，詳細(xì)闡述了本文使用的模塊化可重構(gòu)機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)參數(shù)，并且系統(tǒng)介紹了控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)笛卡爾空間坐標(biāo)系建立機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型，對(duì)其重構(gòu)組成的不同結(jié)構(gòu)機(jī)器

4、人的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了具體分析和求解，從而實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)要求。最后，詳細(xì)闡述了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃方法和軌跡跟蹤問(wèn)題，介紹了關(guān)節(jié)空間法和笛卡爾空間法進(jìn)行軌跡插補(bǔ)算法的實(shí)現(xiàn)，求出各個(gè)中間節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，規(guī)劃出其運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)小腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)進(jìn)行軌跡跟蹤控制，研究了關(guān)節(jié)型機(jī)器人的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解在仿真運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的具體體現(xiàn)情況。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果仿真和數(shù)據(jù)分析，證明小腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在軌跡跟蹤中是可行有效性的，并且為機(jī)器人軌跡跟蹤和規(guī)劃優(yōu)化上提供了一定理論