基于容錯(cuò)指標(biāo)的可重構(gòu)模塊化機(jī)器人研究.pdf

1、可重構(gòu)模塊化機(jī)器人是一種能夠根據(jù)任務(wù)需要改變構(gòu)形的智能機(jī)器人。它是由一系列不同尺寸的關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊組成的，可以根據(jù)工作需要快速構(gòu)建成最佳工作構(gòu)形。構(gòu)形設(shè)計(jì)和建立運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的統(tǒng)一模型是可重構(gòu)模塊化機(jī)器人研究的重要內(nèi)容。冗余度機(jī)器人關(guān)節(jié)發(fā)生故障后將故障關(guān)節(jié)鎖定是一種簡(jiǎn)單可靠的容錯(cuò)方式，它已經(jīng)得到越來越多的關(guān)注和研究。本文對(duì)可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的構(gòu)形設(shè)計(jì)、正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立問題以及冗余度可重構(gòu)模塊化機(jī)器人關(guān)節(jié)相對(duì)速度突變問題進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研

2、究與探討。并基于動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)對(duì)冗余度可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的軌跡規(guī)劃進(jìn)行了初步研究。 首先，研究了可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊設(shè)計(jì)以及構(gòu)形空間問題。針對(duì)目前構(gòu)形空間計(jì)算存在的缺點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的計(jì)算可重構(gòu)模塊化機(jī)器人構(gòu)形空間的方法，即二次分類方法。在此基礎(chǔ)上對(duì)空間4R可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的構(gòu)形空間問題進(jìn)行了研究。 其次，對(duì)可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)問題進(jìn)行了研究。本文采用一種自動(dòng)建模方法來建立可重構(gòu)模塊化機(jī)器人

3、的正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，該方法只需要將已知的各個(gè)模塊的變換矩陣按照裝配成機(jī)器人的模塊順序相乘，就可以得到機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。 再次，研究了冗余度可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的關(guān)節(jié)相對(duì)速度突變問題。選定以退化條件數(shù)作為冗余度機(jī)器人的優(yōu)化性能指標(biāo)，以梯度投影法為優(yōu)化算法，分別以平面3R以及空間4R可重構(gòu)模塊化機(jī)器人為研究對(duì)象，分析研究了影響關(guān)節(jié)相對(duì)速度突變各種因素。得到性能指標(biāo)、末端初始點(diǎn)、末端速度、關(guān)節(jié)初始角度和末端軌跡均影響機(jī)器人的關(guān)節(jié)相對(duì)速度