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可重构模块化机器人构形综合与寻优

作　者: 白鹏
导　师: 李树军
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 可重构模块化机器人构形综合遗传算法
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 54次
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内容摘要

随着现代科学技术的发展,机器人技术也不断提高,机器人的应用领域不断扩展,人们希望机器人能更加灵活地适应各种工作环境,完成更为复杂的任务。可重构模块化机器人的特点恰恰满足了这种需求。本文对可重构模块化机器人构型的综合和优化方法进行了相应的研究。本文采用新的模块划分方法,机器人的模块被划分为转动模块、移动模块、连杆模块及基座模块。运用与模块划分相对应的拓扑特征矩阵和基于模块的坐标变换矩阵对机器人的构形进行数学描述。提出了一种基于模块单元的面向用户给定任务的概念设计阶段的构形综合方法,并与前人的研究方法进行了比较,证实了该方法的可行性,并说明了它的优点。应用这种方法可以有效的缩小机器人的构形空间,筛选出有意义的构形,为构形的寻优提供方便,为解决构形综合的“运动链爆炸”和同构体的辨识问题探索了一种新的途径。本文在构形综合的基础上,对所得的结果运用遗传算法进行优化。首先,从本文所研究的问题出发,分析了采用遗传算法进行优化的可能性与合理性。然后介绍了遗传算法的背景、典型优化过程及其特点。接着说明了如何在本文所研究的问题中设定遗传算法的流程及相关参数。本文还编写了构形综合与优化的程序,制作了相应的界面,可以按照用户的需求对机器人的构形进行筛选和优化。然后,以3自由度可重构模块化机器人为例,列举了构形综合的结果,并对其进行了优化。最后,给出了其中的3个典型构形,并对每一个结果进行了简单的分析和评价。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-19
  1.1 引言  9-12
    1.1.1 模块化机器人的历史和现状  9
    1.1.2 模块化可重构机器人的分类  9-10
    1.1.3 可重构模块化机器人的结构  10-11
    1.1.4 可重构机器人的主要研究方向  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-17
    1.2.1 国外研究现状  12-16
    1.2.2 国内研究现状  16-17
  1.3 可重构模块化机器人的研究内容  17-18
    1.3.1 可重构机器人模块化平台的研究内容  17
    1.3.2 可重构机器人构形设计研究的主要内容  17-18
    1.3.3 可重构机器人控制方法的研究内容  18
  1.4 本论文的主要研究内容  18-19
第2章模块设计与构形描述  19-31
  2.1 引言  19
  2.2 模块的设计  19-23
    2.2.1 可重构机器人模块设计原则  19
    2.2.2 一般可重构机器人的模块划分  19-21
    2.2.3 本文采用的可重构机器人模块  21-23
    2.2.4 3自由度机器人构形空间的计算  23
  2.3 构形的拓扑描述  23-25
  2.4 构形的坐标变换  25-30
  2.5 小结  30-31
第3章构型空间的综合  31-43
  3.1 构形空间的计算  31-34
  3.2 3自由度机器人构形的筛选  34-42
  3.3 小结  42-43
第4章构形优化与评价  43-55
  4.1 优化方法  43-45
  4.2 构形优化流程  45-48
  4.3 机器人构形的评价  48-52
  4.4 小结  52-55
第5章结论与展望  55-57
  5.1 研究的结论  55
  5.2 展望  55-57
参考文献  57-61
致谢  61

可重构模块化机器人构形综合与寻优

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