非球形手腕6R喷漆机器人参数优化与动力学研究

"基于MATLAB的非球型手腕6R喷漆机器人手臂参数优化设计" 这篇博士学位论文详细探讨了工业喷涂机器人领域中一个重要的创新——非球形手腕的设计和优化。作者吕世增在导师张大卫的指导下，针对汽车制造中的关键设备——喷涂机器人进行了深入研究。论文的核心内容包括以下几个方面： 首先，论文运用对偶四元数来描述机器人的空间运动和姿态，建立了与传统D-H参数表示法的映射关系。通过对射影几何学的运用，将机器人空间位姿和运动的元素映射到7维射影空间的Study二次曲面上，这种方法为非球型手腕6R机器人的运动学逆解提供了新的几何基础。这种逆解算法对于空心非球型手腕喷涂机器人的离线编程和轨迹规划至关重要。 其次，论文基于Kane方程建立了机器人动力学模型。为解决传统Kane方程中求解偏速度的难题，引入了旋量理论，通过旋量形式的物体Jacobian矩阵，建立了动力学模型。通过与数值仿真结果对比，验证了动力学模型的准确性，并据此计算了关节扭矩和电机转动惯量，为选择合适的伺服电机提供了依据。 再者，为了评估机器人机构的速度和加速度性能，论文构建了速度全域性能指标和加速度全域性能指标。其中，利用一阶Jacobian矩阵和二阶Hessian矩阵的条件数，以及旋量表示法，推导出了Hessian矩阵的求解方法，使得性能评估更为精确。 此外，论文还涵盖了机器人机构的尺寸优化和几何参数标定。这些研究不仅提升了机器人操作的灵活性和效率，也为实际的机器人系统开发提供了理论支持。 这篇论文为非球形手腕喷涂机器人的设计和控制提供了全新的理论框架和实用技术，对提升工业喷涂作业的自动化水平和精度具有显著的推动作用。通过MATLAB这样的工具进行参数优化设计，使得机器人手臂能够更好地适应复杂的喷涂任务，同时也为未来的机器人技术研究开辟了新的路径。