机器人臂手仿真系统的建模与实现new

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1、上海大学硕士学位论文机器人臂手仿真系统的建模与实现姓名：朱勇申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：周思跃20080101上海大学硕士学位论文摘要本文利用虚拟现实技术在计算机上建立一个机器人臂手系统的仿真平台。通过这个平台，操作人员可以用鼠标、键盘等输入设备控制虚拟作业场景中的机器人臂和灵巧手，从而实现对整个机器人臂手系统运动过程的仿真。本文以北航的BH．3灵巧手和KUKA机器人为基础，基于机器人旋量理论，对机器人臂手系统的建模和实现进行研究。首先，在对机器人臂和灵巧手进行机构分析的基础上，采用OpenGL和VC开发工具在计算机中构造出一个逼真的虚拟作业场景，使操

2、作者更加有效地直观地了解机器人臂手系统在运动过程中的位姿等各种信息；其次，运用旋量理论和指数积公式，建立机器人臂手系统的运动学模型，并利用雅可比矩阵实现臂手系统运动学逆解算法，使操作人员可以直接对末端姿态进行控制；再次，运用基于旋量的开链机器人动力学方法，建立机器人臂手系统的动力学模型，分析机器人臂和灵巧手之间的力的耦合关系，并对灵巧手和外界接触时，指端受力对灵巧手和机械臂各关节影响情况进行研究。最后，提出一种智能抓取算法，能根据物体大小、位姿等参数，调整机器人臂和灵巧手，以达到适合的抓取位置。为了稳定的抓取物体，本论文还提出用来判断被抓取物体是否达到力平衡的算法，以判

3、断手指对物体的抓取力是否足以抓取物体，并在此基础上提供力矩控制方法，为灵巧手的抓取提供更为智能和便利的方法。关键词：机器人臂手系统，虚拟现实，旋量理论，动力学，力矩控制V上海大学硕士学位论文ABSTRACTArobotarm-handsimulationplatformisbuiltincomputerbasedonvirtualreality．OperatorCancontrolvirtualrobotalTnanddexteroushandbyusingmouseandkeyboardintherobot锄andhandsimulationplatform．Thus

4、，thewholemovementoftherobotarinandhandsystemCanbesimulated．ThispaperresearchesonmodelingandimplementationforrobotalTn-handsystemthatisbasedontheentityofBH一3DexterousHandandKUKArobotarmusingscrewtheory．Firstly,accordingtothekineticsanalysisofthedexteroushandandrobotarm，avirtualworkingspac

5、eisestablishedincomputerbyusingOpenGLandVCandthenoperatorCandirectknowthepositionandattitudeofthearmandhand．Second，basedonthescrewtheoryandexponentialproductformula，akinematics’modelisbuildedfortherobotann·handsystem，andaalgorithmtosolveinversekinematicsoftherobotarm—handsystemusingJacob

6、imatrixispresented，thusoperatorCandirectcontroltheterminal’Spositionandattitude．Third，adynamicsmodeloftherobot刮rIn-handsystemisbuilded，andtherelationbetweenhandforceand踟1】1forceisstudied．ThenthisPaperalsostudythehowthefingertipforceeffectthe81"111andhandwhenfingertouchtheexternalcircumst

7、ance．Finally,thispaperadoptsanalgorithmforintelligentgrasp，thisalgorithmCanfindthegraspingpositionaccordingtopositionandattitudeoftheobject，forgraspingstabilityaalgorithmfortheforce-balancejudgmentoftheobjectinvirtualenvironmentisalsoadopted，andtorquecontrolwaysisadoptedt