多自由度机械臂结构参数优化

《多自由度机械臂结构参数优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、多自由度机械臂结构参数优化王勇杰2016年01月中图分类号：TH112UDC分类号：621多自由度机械臂结构参数优化作者姓名王勇杰学院名称机械与车辆学院指导教师付铁副教授答辩委员会主席王晓力教授申请学位工学硕士学科专业机械设计及理论学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年01月OptimizationonconfigurationparametricofMuti-DOFroboticmanipulatorCandidateName：YongjieWangSchoolorDepartment:Mechan

2、icalEngineeringFacultyMentor:ViceProf.TieFuChair,ThesisCommittee:Prof.XiaoliWangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:MechanicalDesignandTheoryDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成

3、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已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要近年来，机器人技术得到长足发展，对机器人研究与应用受到人们越来越多重视。机器人中多自由度机械臂因其自身的优点，逐渐成为了机器人领域中研究的热点。多自由度机械臂具有可靠性高、工作空间大、灵活性好等优点，在工程领域中

4、得到了广泛的应用。7自由度机械臂作为多自由度机械臂一种，因其具有冗余特性，更好灵活性及避障能力等优点，得到了国内外许多学者的研究。本文针对一种7自由度冗余机械臂，对其运动学、工作空间以及结构参数优化进行了进一步的研究。首先，采用修正的D-H参数法建立7自由度机械臂运动学模型，得到机械臂运动方程，求解出机械臂的正逆运动学解，以及其雅克比矩阵。并利用MATLAB中RoboticsToolbox工具箱对该7自由度机械臂进行仿真，验证机械臂运动学求解的正确性及合理性。其次，在机械臂正运动学方程的基础上，利用蒙特卡罗法

5、对机械臂的工作空间进行求解，得到机械臂工作空间云图。同时，利用几何法求解工作空间在坐标平面的截面图，从两种方法的对比中，相互验证了求解结果的合理性。最后，根据机械臂设计要求，基于Isight多学科优化软件平台，以机械臂大臂和小臂总体积为优化目标函数，利用其中Multi-ObjectiveParticleSwarm优化算法对机械臂进行了优化，使机械臂体积得到明显减小，取得了良好的优化效果，机械臂结构更加合理。通过对该7自由度机械臂的研究，完善了该机械臂的理论基础，在原有结构基础上对其做出优化，改善机械臂的结构参

6、数，对该机械臂后续研究工作打下了基础，同时也对其他类似串联机械臂的研究和应用有一定的参考价值。关键词：多自由度机械臂；运动学分析；工作空间；结构参数优化；IsightI北京理工大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofrobottechnology,Multi-DOFmechanicalrobotarmisbecomingtherecentresearchandapplicationhotspotforitsadvantages.Multi-DOFmechanicalrobota

7、rmwithhighreliability,largeworkspace,goodflexibility,etc.,arewidelyusedinengineeringfields.7DOFmanipulatorarmasaMulti-DOFrobothasbeenstudiedbymanydomesticandforeignscholars.Directedtoa7DOFredundantmanipulator,Thispapermadeafurtherstudyinitskinematics,worksp

8、aceandstructuralparametersoptimization.Firstly,themanipulatorkinematicsmodelwasestablishedwithD-Hmethod，andtheforwardkinematicsandinversekinematicsequationofthemechanicalarmwerediscussed.Thesimulationo