基于容錯(cuò)性能的可重構(gòu)機(jī)器人構(gòu)形綜合研究.pdf

1、可重構(gòu)機(jī)器人是由一系列不同規(guī)格的模塊組成的智能機(jī)器人，它能夠根據(jù)不同工作環(huán)境和任務(wù)要求調(diào)整改變自身構(gòu)形而快速構(gòu)建成最佳工作構(gòu)形。構(gòu)形綜合是可重構(gòu)機(jī)器人研究的重要內(nèi)容。冗余度機(jī)器人是自20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來的一種先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)。利用其自身所具有的冗余特性，研究如何使冗余度機(jī)器人實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)操作，已成為一個(gè)十分活躍的研究領(lǐng)域。當(dāng)把冗余度的概念引入可重構(gòu)機(jī)器人，結(jié)合兩種機(jī)器人的優(yōu)勢特性，將使可重構(gòu)機(jī)器人在容錯(cuò)操作方面具有突出的優(yōu)越性和廣泛的應(yīng)

2、用前景。本文對冗余度機(jī)器人的容錯(cuò)規(guī)劃、可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)自動(dòng)建模以及基于容錯(cuò)性能冗余度可重構(gòu)機(jī)器人的構(gòu)形綜合問題進(jìn)行了細(xì)致的研究。
　　 首先，分析研究了冗余度機(jī)器人的基本理論及其運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化算法，對容錯(cuò)空間和退化條件數(shù)兩種容錯(cuò)性能指標(biāo)進(jìn)行了理論分析和處理。綜合考慮退化條件數(shù)和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)限制兩種指標(biāo)，構(gòu)造了冗余度機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)，在使得機(jī)器人具有良好的容錯(cuò)操作靈活性的同時(shí)，保證了冗余度機(jī)器人各關(guān)節(jié)在其相應(yīng)

3、的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。
　　 然后，根據(jù)可重構(gòu)機(jī)器人的應(yīng)用需求歸納了其系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)原則，并以此為依據(jù)，對可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了概念設(shè)計(jì)。研究了可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)自動(dòng)建模方法，包括自動(dòng)求解機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的方法以及自動(dòng)求解機(jī)器人的雅可比矩陣的方法，克服了傳統(tǒng)的D-H法必須根據(jù)不同的機(jī)器人構(gòu)形重新推導(dǎo)相應(yīng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型所帶來的不便。
　　 接下來，明確描述了基于容錯(cuò)性能的可重構(gòu)機(jī)器人構(gòu)形綜合問題，并分析說明了用以解決構(gòu)形綜

4、合問題的遺傳算法的基本原理。將可重構(gòu)機(jī)器人構(gòu)形綜合實(shí)現(xiàn)過程分解為構(gòu)形搜索以及構(gòu)形遴選兩個(gè)階段工作，分別詳細(xì)闡述了兩個(gè)階段工作實(shí)現(xiàn)算法的方法和流程，其中著重說明了用以實(shí)現(xiàn)構(gòu)形搜索的遺傳算法的內(nèi)部細(xì)節(jié)，包括算法中構(gòu)形染色體的編碼與解碼方法、初始種群的產(chǎn)生方式以及選擇、交叉、變異等基本遺傳操作的具體實(shí)施方法等。
　　 最后，利用Matlab實(shí)現(xiàn)了本論文提出的構(gòu)形綜合算法。針對給定目標(biāo)任務(wù)，基于容錯(cuò)操作性能，分別對平面3自由度以及空間4