空间七自由度冗余机械臂动力学建模与控制研究

"这篇文档是关于空间七自由度冗余机械臂动力学建模与控制的研究，由哈尔滨工业大学硕士研究生周诚撰写，指导教师为金明河教授。论文主要探讨了基于铰接体算法的空间机械臂动力学、冗余机械臂的位置控制以及增强混合阻抗控制在力控制中的应用。" 在机械臂的动态分析中，空间矢量表示是一种重要的数学工具，特别是在处理具有冗余自由度的机械臂时。"动力学量的空间矢量表示"这部分内容主要讲述如何利用空间矢量来描述和处理机械臂的运动和动力学特性。空间矢量代数允许我们更直观地理解和操作多维度的力学问题，它涉及到坐标系的选择和转换，以及力矩和力的矢量表示。 2.3.1 空间矢量代数部分，强调了与运动学不同，动力学建模需要建立连体坐标系，这可能不遵循传统的D-H(Denavit-Hartenberg)参数化方法。D-H参数化是一种常用的方法，用于定义机器人关节和连杆之间的相对位置和姿态，但在某些复杂或冗余的系统中，可能需要更加灵活的坐标系设定。 冗余机械臂是指具有超过任务所需自由度的机械臂，例如7自由度的机械臂，它比常规6自由度机械臂具有更多的灵活性。这种冗余带来的好处是可以优化路径规划，提高避障能力，或者实现精细操作。然而，冗余也带来了挑战，如“自运动”问题，即在控制过程中，冗余自由度的运动可能会影响到其他非冗余自由度的运动，需要特殊的控制策略来解决。 论文中，作者周诚探讨了基于铰接体算法的空间机械臂正向动力学，这是一种计算效率更高的动力学求解方法，通过空间矢量描述简化了计算过程。同时，他还研究了冗余机械臂的位置控制，这是确保机械臂按照预定轨迹运动的关键。此外，基于增强混合阻抗控制的力控制研究，旨在提升机械臂对环境交互的响应能力和控制精度，这对于需要精确力感知和操作的应用至关重要。 通过在SimMechanics中的模拟，作者验证了所提出的动力学模型和控制策略的正确性和有效性。SimMechanics是MATLAB中的一个仿真工具，常用于机械系统的动力学建模和分析。 这篇硕士论文深入研究了空间冗余机械臂的动力学模型和控制策略，对于理解和优化这类复杂系统的性能提供了理论基础和技术支持。