轮式双臂服务机器人可以替代或帮助人类完成各种协同任务,是目前机器人发展的一个重要领域,其研究水平在一定程度上反映了一个国家在机器人领域中的地位。轮式双臂服务机器人不仅大大增加了机械臂的工作空间范围,而且具有轮式移动方式的灵活性和易于控制的优点。由于轮式机器人属于不稳定系统以及目前机器人轻量化等需要,机器人在工作中是否会发生倾覆是一个值得关注的问题。论文的选题源于安徽高校自然科学研究重点项目“机器人双臂操作能力地图构建及拟人运动规划方法研究”(项目号为KJ2016A200)和安徽省博士后基金项目“基于神经生理学的机器人双臂拟人运动规划研究”(项目号为DG081)。本论文针对轮式双臂服务机器人开展了相关研究,主要内容包括:机械臂运动学建模与分析、机械臂动力学建模与分析、机器人倾覆稳定性判据研究和服务机器人系统倾覆稳定性研究等四个方面内容。具体研究内容如下:(1)机器人模块化机械臂的运动学建模及分析。基于旋量理论对六自由度模块化机械臂相关参数进行描述,并推导了机械臂的正运动学方程;然后,根据Paden-Kahan子问题和几何关系求解了机械臂的逆运动学方程,并且通过MATLAB软件进行了算法的正确性验证和精度评估。(2)模块化机械臂的动力学建模及分析。基于旋量理论和牛顿-欧拉方法对机械臂的动力学方程进行了推导,并利用MATLAB软件编制了机械臂的逆动力学程序。然后将机械臂的三维模型导入至ADAMS软件中进行动力学仿真,通过设定的关节角度、角速度和角加速度可得到机械臂各关节所需的力/力矩,并且和编制的MATLAB动力学程序计算的结果进行对比,验证了动力学方程的正确性。(3)机器人倾覆稳定判据研究。分析了目前常见的几种机器人倾覆稳定判据,然后由导致系统发生倾覆的力矩出发,提出了轮式机器人倾覆稳定裕度判据,并且通过仿真实验将ZMP判据和本文提出的判据进行了对比分析,验证了该判据的正确性和优越性。(4)服务机器人系统倾覆稳定性研究。研究了单个手臂运动对服务机器人稳定性的影响,首先对机械臂工作空间和工作空间点上的姿态进行离散;然后结合前面的倾覆稳定判据,定义了机械臂工作空间点上的系统倾覆稳定性裕度,并绘制了机械臂在不同情况下工作空间中的系统倾覆稳定性裕度图,分析了不同情况下对机器人系统稳定性的影响。本论文的相关研究将有助于后续机器人双臂的运动规划研究和机器人倾覆控制补偿方法研究,并且对轮式移动机器人领域有着积极的学术意义。