六关节串联机器人机构奇异位形研究

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1、密级:硕士学位论文六关节串联机器人机构奇异位形研究作者姓名：吕永军指导教师:刘峰研究员中国科学院沈阳计算技术研究所学位类别:工学硕士学科专业:软件工程培养单位:中国科学院沈阳计算技术研究所2016年4月Researchonsingularityof6-jointseriesrobotmechanismByYongjunLvADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofSoftEn

2、gineeringShenyangInstituteofComputingTechnology,ChineseAcademyofSciencesApril,2016独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国科学院大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。签名：日期：关于学位论文使用授权的

3、说明本人完全了解中国科学院大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以公布学位论文的全部或部分内容。（涉密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：摘要奇异位形(singularconfiguration)是机构的一种特殊位形，从人类发明了机构之初，奇异问题就已经伴随而生了。不论在机器人作业空间边界或者作业空间内部一些区域，都会存在奇异位形。因此奇异位形是对机器人机构运动学性能评价的一个重要指标。对

4、奇异问题的解决对于提高工业机器人作业的稳定性、动力学性能及应用推广都具有重要意义。本文将以六关节串联机械臂为原型，围绕工业机器人的奇异位形问题，主要的研究工作包括以下几个方面：分析了通用四元素DH法存在的缺陷，给出了对DH法的改进和详细分析，并运用该法建立了运动学模型。利用MATLAB实现了对该运动学模型的图形和数值仿真，验证了建立的模型的正确性。基于雅克比矩阵给出了两种奇异位形识别方法：代数法和几何法。对这两种方法做了详细的推导和对比分析。利用最近研究较热的螺旋理论，给出了利用螺旋运动方程求解雅克比矩阵的详细分析。利用几何法从奇异位形的本质着手，从运动副线性相关性

5、角度对机器人的奇异位形进行了详细的分析，并将分析结果与用雅克比矩阵求得的结果进行对比，表明几何法分析的正确性，同时也对这两种方法的利弊进行了分析阐述。对于奇异位形的处理，基于目前关于奇异位形处理的两大主流方法，从空间规划角度，提出了一种机器人基于奇异区域限定的避免算法。最后从理论和实验数据仿真两个方面，对该算法进行了验证，结果分析表明了该算法的正确和可行性。【关键词】六关节串联机器人奇异位形工业机器人运动学雅克比矩阵IABSTRACTThesingularconfigurationisaspecialconfigurationofmechanism.Sinceitw

6、asinventedbyhuman,thesingularityproblemwasthere.Thesingularityproblemsmayexistinboththeboundaryandtheinnerworkspace.Therefore,thesingularityisanimportantindextoevaluatethekinematicperformanceoftherobotmechanism.Singularitysolvingwillbeofgreatsignificance,andalsoimprovethestability,dyna

7、micperformanceandapplicationofindustrialrobots.Inthispaper,wewilluseasixjointseriesrobotmanipulatorastheprototype,toillustratetherobotsingularityproblems.Themainworkincludesasthefollowingaspects:Atfirst,analyzestheexistingdefectsinthenormalDHmethod,andpresentsamodifiedDHmethodwithfiv