机械手位姿多解问题的研究及越障取物机器人的研制

来源 :上海海运学院 上海海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jorby289702834
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本课题来自向上海市教委申请立项的科技项目“空间机构和机器人机构多解问题的多项式解”及参加上海市第四届青少年科技节“上海移动杯”高校机器人障碍赛越障取物机器人的研制工作总结. 本文研究的目的是:1)寻找建立机械手逆解问题数学模型f(u;x)=0的统一方法;2)针对m≥n的情况,提出将多项式方程组(PS)=0消元成多项式解(TS)=0的消元法;3)求解众多机械手多解问题;4)对上海市第四届青少年科技节“上海移动杯”高校机器人障碍赛越障取物机器人的研制工作进行总结。 针对m≥n的情况,本文在m=n的基组结式消元法的基础上,建立了相应的理论,构造了新的消元步骤,从而形成了m≥n的结式消元法。理论上该法可将m≥n的一个多项式组(PS)化成一个与之同解的三角形组(TS)={b1(x1),b2(x1,x2),…bn(x1,…,xn)},且诸bi在同类多项式中具有最低的度。该法在解决空间机构和机器人机构分析与综合等工程问题中具有较大的理论意义和实用价值。 针对串联机械手的多解问题,本文采取如下技术方案:对于只含(或简化后只含)R,P,C和H副的串联机械手,根据运动副类型和相应的机构参数等信息,用完全有效元素法计算机自动生成其矩阵形式的位姿方程,通过对三角函数的有理化,进一步将位姿方程组化成由9个以上多项式方程组成的多项式方程组(PS)=0,并采用m≥n的结式消元法求得其多项式解(TS)=0。此方法的特点是完全利用了位姿矩阵方程中的9个有效元素,所得解即为机械手的运动学解,从而从逆解方程组的建立上保证了所得逆解结果具有较低的度数。根据该法编制的求解机械手逆解问题的程序ROBOT.FOR具有输入简单、格式规范、结果准确可靠等特点。 文中用程序ROBOT.FOR求解了众多3~5关节机械手的逆解问题,从而进一步验证了本文方法的准确性和可行性。此外,本文还对作者参与研制的丝杠—平行四边形越障取物机器人的工作做了较为系统的总结。 多解问题是机构学研究的难题之一,属当前机构学学科发展的前沿内容。本文的研究内容对完善机构学的理论具有较大的理论意义,其研究结果对进一步推动机器人的应用具有较高的实用价值。
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