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随着当今制造业的迅速发展,产品的可适应性和多功能特性在许多领域得到了很好的应用,传统的只能以一种不变的周期作简单运动的动态艺术已经不能满足市场的需求。为了适应这种变化趋势,本文结合目前快速发展的模块化技术,首次提出动态雕塑的概念——由模块组装成外表,附和着作为内部框架的机器人的运动而运动的雕塑品。这种动态雕塑品属于模块机器人的范畴,它采用塑料模块(如乐高模块)组装而成,从而可以做复杂的运动。
本文首先提出连杆和模块机器人构形的计算机表示,该构形表示由类型矩阵、连接矩阵和端口矩阵组成,它为动态雕塑品运动学和动力学的自动分析奠定了基础;然后,研究了一种新的算法,实现从模块机器人构形表示自动生成它的D-H体系结构和D-H参数,并且通过实例验证了该算法的正确性。有了这种算法,艺术家或设计者建立的动态雕塑品就可以自动产生运动仿真;此外,本文对动态雕塑品在虚拟环境中的装配进行了研究,提出了基于Solidworks平台的快速装配技术,该技术不仅用于动态雕塑品,也可以用于其他的3D模型;最后,本文对用于自动装配实体动态雕塑品的装配机器人系统进行了初步研究,搭建了该装配机器人系统的原型,并且通过实例验证了所设计的装配机器人系统的合理性和有效性。