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六轴机械臂避碰运动学算法研究

作　者: 曾鹏
导　师: 朱齐丹
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 机械臂六自由度运动学逆解碰撞检测抓顶
分类号: TP241
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 404次
引　用: 7次
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内容摘要

本文的工作是围绕我们自行研发的蒸汽发生器检修用机械臂进行的，该机械臂用于蒸汽发生器堵管等各种检修工作，具有六个关节，同时末端安装偏心工具。本文主要针对机械臂的二个过程安装过程(抓顶过程)到工作过程，再到其过程所涉及到的算法进行分析，编程与调式，及其相应的仿真工作。主要完成了机械臂的运动学，运动学求解，碰撞检测和抓顶安装过程，安装工具等的算法设计及其对应仿真工作。首先本文给出了蒸汽发生器检修机械臂算法的理论基础。其后本文对机械臂的安装过程运动学，及其运动学求解进行分析。给出了简明实用，方便计算机编程的几何解法，同时给出了圆与球的交点数值法与几何解法。保证了算法的精确性与实时性。然后由安装过程，转到了工作过程。并同样分析并计算了工作过程运动学与运动学的求解。在文中不安装偏心工具时，不考虑偏心时械臂非冗余，文中分别研究了代数解法和几何解法。接下来给出了新颖独到的机械臂的安装过程与工作过程的机械臂碰撞检测。给出了机械臂与人孔的碰撞和机械臂臂之间的互碰的程序流程图及其相应的算法设计。最后对前面所要涉及到的重要算法进行了联合仿真测试来保证前面算法程序的准确性及实时。给出了机械臂抓顶安装范围的仿真，无工具运动范围的仿真，及按装简易工具仿真及其相应的分析。该仿真是基于VC++的系统软件，基于OpenGL的三维图形仿真系统。所有的算法同时考虑到实时行的问题，通过仿真与实际机械臂的联调测试，证明了算法的准确性与实时性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题研究的背景和意义  10-11
  1.2 六轴机械臂位置逆解问题的研究现状  11-12
  1.3 六轴机械臂臂碰问题的研究意义  12-13
  1.4 用 C++语言实现轴机械臂仿真系统的现实意义  13-14
  1.5 本文的主要工作及论文工作安排  14-16
第2章机械臂安装过程运动学与运动学解  16-37
  2.1 理论概述  16-20
    2.1.1 位姿描述  16-17
    2.1.2 坐标系的平移变换和旋转变换  17-18
    2.1.3 机械臂运动学方程  18-19
    2.1.4 机械臂运动学方程求解  19-20
    2.1.5 机械臂运动学方程求解的取舍与优化  20
  2.2 安装过程的机械臂运动学方程  20-23
  2.3 安装过程的机械臂运动学方程求解  23-35
  2.4 机械臂安装过程运动学求解算例  35-36
  2.5 本章小结  36-37
第3章机械臂工作过程运动学与运动学解  37-47
  3.1 引言  37
  3.2 机械臂的运动学模型  37-40
  3.3 机械臂工作过程的运动学求解  40-45
    3.3.1 代数法  40-43
    3.3.2 几何法  43-45
  3.4 机械臂工作过程运动学求解算例  45-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章机械臂碰撞检测  47-55
  4.1 引言  47-48
  4.2 机械臂安装过程的碰撞检测  48-50
    4.2.1 机械臂各关节与人孔的碰撞  48-50
    4.2.2 机械臂各关节与水室的碰撞  50
  4.3 机械臂工作过程的碰撞检测  50-54
    4.3.1 机械臂工作过程的与内壁碰撞检测  51-52
    4.3.2 机械臂工作过程关节互碰的碰撞检测  52-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章机械臂仿真结果及其分析  55-71
  5.1 机械臂安装抓顶范围仿真及其分析  55-58
  5.2 机械臂无工具运动范围仿真及其分析  58-66
    5.2.1 机械臂抓顶  59-62
    5.2.2 机械臂臂端运动范围  62-64
    5.2.3 臂端运动位置分析  64-66
  5.3 机械臂安装简易工具仿真及其分析  66-70
  5.4 本章小结  70-71
结论  71-72
参考文献  72-76
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  76-77
致谢  77

六轴机械臂避碰运动学算法研究

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