文档介绍：河北工业大学硕士学位论文
移动机械手系统运动学分析及动力学初探
摘要
随着机器人技术的发展,各种各样的机器人被开发出来以满足各个行业的需求,其中
移动机器人成为机器人学发展中的一个重要分支。移动机械手(mobile manipulator),
就是移动机器人的一种,由于移动机械手拥有几乎无限大的操作空间和高度的运动冗余
性,并同时具有移动和操作功能,这使它优于移动机器人和传统的机械手,因此具有广阔
的应用前景,但由于结构复杂、强耦合、非线性、非完整性等问题的存在,使得对移动机
械手的研究具有相当的挑战性。
本文在国家 863 项目“危险化学反应器泄漏检测与修补移动机械手系统”
(2003AA421040)的支持下,以 Hebut-Ⅱ型移动机械手为研究对象,对移动机械手系统的
运动学进行了分析和研究,并对移动机械手的动力学问题进行了初步的探讨,主要研究内
容如下:
首先,介绍了移动机械手的硬件体系,其中包括移动载体、五自由度机械手,D
传感器、超声传感器和无线通讯模块等。D 摄像机提取图像实现移动载体的路径
跟踪,超声传感器实现避障,无线通讯模块实现远程控制。
其次,在分析移动机械手运动特性的基础上,分别分析了移动载体和机械手各自的运
动学模型,进而建立了移动机械手系统的运动学模型,采用 Denavit-Hartenberg 法对移动机
械手的运动学正逆问题进行研究,在逆运动学的计算的过程中,可以发现本系统存在着耦
合。并利用 MATLAB 软件擅长数值计算、能处理大量的数据、绘图功能强的特点,编制了
五自由度机械手的运动学仿真程序,证明了系统运动学的正确性和可靠性。
最后,利用基于能量的 Lagrange 动力学方法建立了统一的移动机械手动力学模型,其
中还包含了移动载体的非完整约束。并在此基础之上,分别得出了移动载体和机械手各自
的子动力学模型,为移动机械手的协调控制奠定了基础。
关键词:移动机械手,运动学,动力学,仿真
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移动机械手系统运动学分析及动力学初探
KINEMATICS ANALYSIS AND DYNAMICS PRIMARY
ANALYSIS FOR MOBILE MANIPULATOR
ABSTRACT
With the development of robot technology, multifarious robots were invented to adapt
various fields. In these robots, mobile robot is important a kind of mobile
robots, mobile manipulator has more advantage than mobile robot and classical
it has almost infinite operation space and more redundancy, and can move
and operate simultaneity. Mobile manipulator has good future in to the problem
plicated configuration, strong coupling, non-linear, nonholonomic etc, the research of
mobile manipulator has great challenge.
Supported by a National Program 863 item-- “The Mobile Manipulator system aimed at
measurement and maintenance, working in the circumstance of chemistry dangerous leakage
from the chemistry dangerous reactor”(item serial number: 2003AA421040),the thesis is carried
on the research to the kinemetics systemic analysis and dynamics primary analysis and for
mobile manipul