二元超冗余机器人构型综合及动力学特性分析研究——国家基金申请书(青年项目)

1、申请代码:e051103受理部门：收件日期:受理编号：解除保护 i国家自然科学基金申请书资助类别：面上项目亚类说明：青年科学基金项目附注说明：项目名称：二元超冗余机器人构型综合及动力学特性分析研究申 请 者：李秦川 电话：057186843349依托单位：浙江理工大学通讯地址：浙江杭州下沙浙江理工大学597信箱邮政编码：310018单位电话子邮件：i qchuanz i st. edu. cn申报日期：2006年3月16日国家自然科学基金委员会基本信息申 请 者 信 息姓名李秦川性别甲ili 4】另年月1975年2月民族汉族学位博士职称副教授主要研究领域并联机器人

2、机构学，机 电一体化电话057186843349电子邮件lqchuanzist. cdu. cn传真057186843349个人网页工作单位浙江理工人学/机械与自动控制学院在研项冃批准号依托单位信息.名称浙江理工大学代码31001204联系人张琪电子邮件zhangqizist. edu. cn电站地址wviav. zist. edu. cn台作单位信息单位名称代码在此录入修改在此录入修改项目 基 本 信 息项冃名称二元超冗余机器人构型综合及动力学特性分析研究资助类别面上项n亚类说明青年科学棊金项目附注说明申请代码e051103:机器人机构与系统e051102:机构

3、运动学与动力学基地类别预计研究年限2007年1月 2009年12月研究属性应用基础研究申请经费30. 0000 万元摘要（限400字）：二元超冗余机器人具有不需要反馈控制、精度高、低成本、轻质、高负载能 力等优点，在航空航犬、医疗、精密操作等领域具有良好的应用前景。本项申请针对目前 二元超兀余机器人机构学基础理论研究中存在的空白欠缺z处，运用并联机器人机构学理 论和现代数学工具，深入研究基于少白由度并联机构的二元超兀余机器人构型综合与优选、 运动敏感性、柔性多体动力学建模、动力学模型简化与求解算法、振动特性分析等理论问 题，以实验样机验证理论成果，并探索其实际工程应川。二元超兀余机器人属于一项

4、前瞻 性的应用基础研究，在国际上方兴耒艾，国内基木尚为空白，及时地开展相关研究，冇助 于尽早取得理论和关键技术上的h主创新，占据此新兴领域的制高点。关 键 词（用分号分开，最多5个）并联机构；型综合；动力学；二元驱动项目组主要成员（注：项冃组主要成员不包括项冃申请者，国家杰出青年科学基金类项冃不填写此栏。）编号姓名出生年月性别职称学位单位名称电话电了邮件项目分工年时刀 每作1陈巧红1978-11-5女讲师硕士浙江理工大学057186843323cheny5238运动学、动 丿j学72赵文来1978-9-26男助理实验 师硕士浙江理工人学057186843315zhawlai理论与实验 模态分析

5、63鲍佳1978-6-22女助教硕士浙江理工大学057186843315bj0622控制系统64杨俊秀1976-3-12女讲师硕士浙江理工人学057186843315yangjunxiu 动力学理论65陈崇來1981-9-2男硕上牛7上浙江理工大学057186843349ccl理论分析76贺磊盈1983-4-5男硕士生学士浙江理工人学057186843349heleiying 样机制造77孔祥江1979-2-24男硕上牛7上浙江理工大学057186843349kongxiangj iang 163 .com样机制造78在此录入修改9在此录入修改总人数高级中级初级博士后博士生硕士牛81223说明

6、： 高级、中级、初级、博上后、博丄比、硕丄生人员数由申请者负责填报（含申请者），总人数白动牛成。国家门然科学基金中请书经费申请表 （金额单位:万元）科目申请经费备注（计算依据与说明）一.研究经费20. 80001.科研业务费7. 8000（1）测试/计算/分析费1. 0000虚拟样机设计及相应软件费用（2）能源/动力费0. 8000水、电费用等（3）会议费/差旅费3. 0000参加国内、国际会议2力,研究调研差旅费1 ）i（4） ii；版物/文献/信息传播费3. 0000论文版而费、专利巾请、文献检索、査新、复印购 买书籍资料等（5）其它2.实验材料费3. 4000（1）原材料/试剂/药品购置

7、费3. 4000加工样机所需原材料购置、实验耗材（2）其它3.仪器设备费8. 6000（1）购置4. 0000购买控制系统主机、dsp芯片、数据采集卡、传感 器等（2）试制4. 6000一台样机及控制系统设计及加工4.实验室改装费1.00005.协作费一.国际合作与交流费3. 50001.项目组成员出国合作交流2.境外专家来华合作交流3. 5000邀请法国专家j. m. herve來华讲学两周三劳务费4.2课题组成员劳务费四管理费1.5总经费5%合计30. 0000与本项目相关的 其他经费来源国家其他计划资助经费其他经费资助（含部门匹配）其他经费来源合计0. 0000国家门然科学基金中请书 查

8、看报告正文撰写提纲i报告正文二元超冗余机器人构型综合及动力学特性分析研究一、扌艮告正文：参照以下提纲撰写，要求内容翔实、清晰，层次分明，标 题突出。(一)立项依据与研究内容(4000-8000字)：1. 项目的立项依据项目背景及研究意义在人类认识世界、改造世界的发展进程中，作为重要手段和工具的机器人正面临越 来越多的新挑战。对于相当多的任务而言，人们希望开发岀轻质、控制简单、成本低、 鲁棒性强、高精度的机器人。目前，大多数机器人系统都属于连续驱动机器人系统，即机器人中各关节都可作连 续运动，而且使用连续驳动器，如电机、液压缸等。为实现机器人运动的高精度和高重 复运动精度，必须使用复杂月昂贵的控

9、制系统和传感器，从而带来系统复杂性加大、重 量、成本和能耗增加，可靠性降低等副作用。为了减少或去除这些副作用，各国学者捉 出了各种理论与方法，在过去的十余年中(1994-2005),二元驱动技术和机器人技术相结 合产生的二元超兀余机器人(binary hyper redundant robot)逐渐显示岀良好的前景和可 观的应用潜力，成为当前国际机器人学界的前沿研究主题z2也。mit (麻省理工学 院)的dubowsky教授，jhu(约翰霍普金斯大学)的chirikjian教授等学者认为，二元驱动 对机器人系统的影响可能会如同数字电路对电了系统的影响一般深远心°。二元驱动器(bina

10、ryactuator)是离散驱动器中特殊的一类，只具冇两个离散的稳定状 态，即0或1,对应于驱动器的两个极限位置，例如电磁铁。图1所示为mit的s.dubowsky 研究组开发的二元驱动器。图1. mit s.dubowsky研究组开发的二元驱动器二元超兀余机器人则是由多个二元驱动的并联机器人模块串联而成，如图2所示为mit s.dubowsky研究组开发的以3-rrs并联机构为模块的二元超冗余机器人”如，在每个rrs分支运动链屮有一个二元驱动器，这样动平台的工作空间由，个点组成，每 个点上姿态是确定的，如图3所示。由于单个二元机器人工作空间位姿有限，为了完 成一定的操作任务，必须将多个二元机

11、器人模块串联成二元超兀余机器人。因此二元超 冗余机器人的工作空间是一个离散的点集，包含2"个点，n是驱动器数。如果不考虑驱 动方式，纯粹从机构拓扑结构来看，二元超冗余机器人属于串一并联机构，但却和同为 串一并联机构的变儿何桁架机构有本质的区别。图2. mit s.dubowsky研究组开发的二元超兀余机器人图3. 3-rrs二元并联机构的8个位姿和传统的连续驱动机器人系统相比，二元机器人系统的优点在于：不需要反馈控制、 定位精度和重复定位精度高、低成本、轻质、高负载能力、更简单的计算机控制接口、 鲁棒性强（部分驱动器失效后仍能完成操作）；其缺点在于：离散的工作空间、运动学逆 解运算量

12、极大等总的来说，二元超冗余机器人从概念形成到研究展开不过仅仅十几年,在星际探索、 医疗、精密操作等方面都有着良好的应用前景，如mit野外与空间机器人实验室的 s.dubowsky教授连续获得nasa（美国国家航天局）先进概念计划的资助，正在研究二元 超冗余机器人在星际探索中的应用，如作为步行机的足以适应行星上复杂的地形，或作 为机械臂等，如图4所示。目前二元超兀余机器人屈于一项前瞻性的应用基础研究，在 国际上方兴未艾，国内基本尚为空白，及时地开展相关研究，有助于尽早取得理论和关 键技术上的口主创新，占据此新兴领域的制高点。国家ri然科学基金中请书图4. mit二元超兀余机器人在星际探索中的应用

13、二元超冗余机器人系统的国内外研究现状及分析 jhu chirikjian 团队研究工作b5'141chirikjian等对二元超兀余机器人系统的研究主要集中于运动学，包括运动学正解叫 运动学反解6'93,】4、工作空间6,9、参数综合卩，心和轨迹规划等，其建造的实验系统 的模块有两种，一种是平而变几何怖架机构；一种是stewart并联机构，并以气缸作为 二元驱动器，结构较为粗笨。二元超冗余机器人运动学正解相对简单，lee和chirikjian提出一种基于齐次变换 的运动学正解计算方法。对二元机器人系统，运动学反解是通过搜索二元机器人的位姿 空间得到和期望姿态误差最小的末端操作手

14、位姿ochirikjian等捉出了基于工作空间点密 度的运动学反解算法694,这种方法将工作空间离散成一定数冃的单元，然后对每个 单元分别计算工作空间点密度。尽管该方法速度很快，但离散工作空间需要占用大量计 算机内存。为了避免内存瓶颈的影响，suthakorn和chirikjian又提岀只考虑工作空间中 心的改进算法切，但该算法的准确性严重依赖于机器人单元模块的形状和工作空间的位 姿。文献5对二元超冗余机器人系统的工作空间和参数优化问题进行了研究；文献10 使用欧氏群上的傅立叶变换对二元机器人进行尺度综合；文献11通过离散运动群上的 傅立叶变换来快速计算二元机器人的位姿和工作空间。 mit d

15、ubowsky团队研究工作心。】dubowsky在美国国家航天局先进概念研究所(nasa institute for advanced concepts) 资助下，正在研究以星际探索为应用背景的二元超兀余机器人系统。dubowsky等捉岀 了二元机器人驱动智能装置 braid(binary robotic articulated intelligent device)的概念， 并进行了大量相关理论和实验技术研究"al。braid实际上就是以多个采用嵌入式二 元驱动器和柔性较链的3 口由度3rps并联机构为模块，串联构成面向不同任务的二元 超兀余机器人系统，具有轻质、简单、鲁棒等优点。

16、可用作步行机足，两台火星车之间 的连接器、机械手等。文献15提出将二元驱动机器人用于空间探索，介绍了相关5项实验研究，其中一 项即为braid；文献16则对基于braid的二元超冗余机器人系统的结构设计、驱动器及控制、运动学等做了研究。值得注意的是，文献16中提出一种基于遗传算法的运 动学反解方法，由于二元机器人系统的本身固有的“0/1”特性，遗传算法在运动学反解 中很有应用潜力，但目前研究尚未深入。文献15,16中的实验装置都采用了记忆合金二 元驱动器。文献17,18研究了使用介质聚合物二元驱动器的braid的运动学，驱动器 优化等。文献19研究了模块化可重构的braid及电磁二元驱动器的设

17、计。文献20则 是对以前工作的阶段性介绍。其他研究工作esizanganeh和j. angeles提岀基于样条曲线的运动学反解方法以口； kim等提出基于连 续变量优化方法的运动学反解方法qi。此外、我国学者马培茹等研制了离散驱动的6自 由度蛇形柔性臂，并对运动学参数进行了优化设计,但其模块使用的并非并联机构。纵观以上研究，目前国内外的相关研究都主要集中在二元超冗余机器人系统的运动 学逆解、工作空间等方面，理论研究和实验结果业已证明少自由度并联机构适合作为二 元超冗余机器人的模块15-2(，j,然而，二元超兀余机器人系统中许多机构学基本问题的研 究尚不深入，有的甚至无人涉足，现分别评述如下：(

18、1) 缺乏二元超冗余机器人的构型综合和优选研究机构构型是决定机构性能的根本因素，作为二元超兀余机器人模块单元的少自由度 并联机构的构型综合已取得重大突破，我国机构学家黄真刑、杨廷力qi、高峰26】、方 跃法27】等在这一方面做了犬量开拓性的工作，取得了国际领先的地位。但目前构型综合 的首要目标是综合出连续运动并联机构，而将瞬时运动并联机构作为型综合的副产品剔 除掉。一般认为，瞬时运动并联机构仅能用于某些微操作任务。目前在国休并联机器人 学界和工业界，对瞬时运动并联机构的理论研究和实际应用少z又少，远远滞后于连续 运动并联机构。选准瞬时运动并联机构适宜的应用场合，尽早开展相关的理论与实验研 究，

19、将很有希望在这一基本空白的领域取得自主创新。瞬时并联机构在发生连续运动后，动平台的自由度数口或性质将发生变化。在连续 驱动下，瞬吋并联机构有无穷多个位形的自曲度需要判定；而在二元驱动条件下，瞬时 并联机构只有2"个位形(n为单个模块中二元驱动器数，3<n<5),在每个位形下机构的 自由度都可以通过螺旋理论确定，为瞬吋并联机构的应用扫请了最大的障碍，因此，木 项中请提出将瞬时并联机构作为二元超兀余机器人的模块。不但开辟了瞬时并联机构的 全新应用领域，也将丰富二元超冗余机器人的构型。对二元超冗余机器人來说，目前只是简单地选取一种少白由度并联机构，如3.rrs, 然后将数个相同

20、并联模块串联来构成整个系统。尚未冇人系统地研究何种并联构型适合 用作二元超冗余机器人的模块、根据何种判据选取合适的模块、以及用模块构建系统的 方式等。因此，在并联机构构型综合理论基础之上研究二元超冗余机器人的构型综合方 法和拓扑性能，具有重要的理论价值和实际意义。(2) 缺乏二元超冗余机器人运动敏感性研究；运动敏感性是指并联机器人的自由度和运动特性受制造误差、装配间隙以及杆件弹 性变形的影响程度。运动敏感性强，或者说运动鲁棒性差的并联机构，极易受制造误差 和间隙影响，在锁住所有驱动器后动平台仍能发生连续运动。例如park等绚发现， tsai提出的3upu移动并联机构对轴承和轴的制造误差和装配间

21、隙引起的小位移扭转 极为敏感(extremely sensitive)o 口前，少自由度并联机构运动敏感性尚未得到系统深入 的研究。当二元机器人工作时，二元驱动器要分别在两个极限位置锁定并切换，对应于两个 稳定的离散状态0或u如果作为二元超冗余机器人模块的少自由度并联机构运动敏感 性差，在二元驱动器的0或1状态下，二元机器人容易发生自运动，导致失控。可见, 并联模块的运动敏感性对二元超冗余机器人能否正常工作具有极为重要的意义。(3) 缺乏二元超冗余机器人动力学特性研究；对于并联机构已有多种动力学建模方法39 341,如i： lagrange方法，ncwton-eulcr 方法，影响系数方法，k

22、ane方法，螺旋理论和基于李群/李代数的建模方法等。由于运 用的力学原理和数学工具不同，这些方法各有优劣，但总的來说，这些方法建立的动力 学方程都i分复杂，求解困难。如何合理地简化并联机构动力学模型、寻求高效算法、 对建立并联机构的动态优化设计理论具有重要意义。高精度和轻质是二元超兀余机器人的两大优点，然而轻质运动构件的引入使得并联 模块和整个系统都具有一定的柔性。在进行高速、大载荷操作时，系统运动具有大范围 刚性位移和局部弹性变形强耦合的特点，此外，二元驱动器的柔性对系统的动态性能也 会产生影响，因此传统刚性机器人的动力学建模分析方法已经不能很好地描述二元超冗 余机器人的动力学特性，严重影响

23、二元超冗余机器人的理论研究和实际工程应用。当前, 二元超冗余机器人的柔性多体动力学建模理论和方法研究已经凸显其重要性与紧迫性。此外，构件和驱动器柔性的影响使得二元超冗余机器人的弹性振动对系统的稳定和 精度的负面影响加剧，必须予以高度重视。目前对并联机构的振动特性的研究还相当有 限3】。对于连续驱动的并联机构，每个位姿下并联机构等同于一个空间结构，由于工作 空间内有无数个位姿，这就难以使用冇限元法分析系统所冇位姿处的结构动态特性。而 二元超兀余机器人的工作空间由輕仝位姿组成，以现有的计算机软、硕件发展水平, 完全可以通过有限元法计算出每个位姿处系统的固有频率、响应、振型、阻尼和刚度等 参数，全面

24、掌握系统的振动特性，进而为结构动态优化设计奠定基础。综上所述，基于少口由度并联机构的二元超兀余机器人属于并联机器人研究中的前 沿领域，在空间探索、医疗、微操作等方面具有相当大的应用潜力。本项中请瞄准这一 前沿领域中机构学研究的若干空口z处，以螺旋理论、李群、李代数为工具，研究基于 少自曲度并联机构的二元超兀余机器人的构型综合和优选、运动敏感性和动力学特性分 析的相关理论与实验技术。项廿研究成果对丰富并联机器人机构学基础理论，推动二元 超冗余机器人应用关键技术研究具有重要意义。参考文献1. chirikjian g s a binary paradigm for robotic manipula

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43、究目标及拟解决的关键问题。研究目标针对目前二元超兀余机器人机构学基础理论研究中存在的空片欠缺之处，运用并联 机器人机构学理论和现代数学工具，深入研究基于少自曲度并联机构的二元超兀余机器 人构型综合与优选、运动敏感性、柔性多体动力学建模、动力学模型简化与求解算法、 振动特性分析等问题，并建造一台基于优选构型的含6个并联模块的二元超兀余机器人 实验样机，用丁验证理论分析结果，探索其实际工程应用，为最终形成二元超兀余机器 人动态优化设计理论奠定基础。研究内容(a) 理论研究1. 二元超冗余机器人的构型综合理论和优选方法研究令 在模块层面，以约束螺旋综合理论为工具，研究二元驱动下少自由度并联 机构的构

44、型综合，特别是瞬时少门由度并联机构的构型综合，重点综合3、 4门由度并联模块；在系统层面，以李群、李代数为工具，以综合出的并联 模块为单元，研究二元超兀余机器人的构型综合的新理论与方法令研究二元驱动下并联模块构型优选方法，运用螺旋理论、微分流形和李群 理论对机构拓扑性能进行研究，建立相应的评价指标，其屮重点探讨机构 拓扑结构与运动敏感性的内在联系，给出运动敏感性数学描述方法，建立 相应评价指标，最后得到优选构型令 开发基于opengl的可视化二元超冗余机器人计算机辅助构型综合软件2. 二元超冗余机器人的运动学研究令 研究优选构型的正、逆向运动学，特别是遗传算法在逆向运动学中的运用3二元超冗余机

45、器人的柔性多体动力学建模理论研究令考虑轻质杆件和二元驱动器的柔性，以并联模块为子结构，使用有限元和 拉格朗日方法，以符号数学软件mathematica为工具，建立二元超兀余机器 人系统的柔性多体动力学模型令 探索基丁 lie群lie代数的合理的动力学模型简化方法，给出高效、稳定的 动力学方程求解算法4.二元超冗余机器人的振动特性分析研究令 以有限元法为工具，对二元超冗余机器人系统进行理论模态分析，获取主 要振动特性参数令以结构固有频率为约束，探讨二元超兀余机器人结构动力特性的优化设计 令以速度、加速度为约束条件，初步探讨二元超兀余机器人结构动力响应的 优化设计(b) 实验研究令 在ugnx和a

46、nsys环境下，完成优选机型的计算机辅助设计、分析和虚拟 制造，包括零件设计、结构优化，运动学和动力学仿真令 使用微型电机加限位锁紧机构构成二元驱动器令 基于dsp芯片的控制系统软、硬件设计令 实验样机加工、装配、调试、标定令 以激振法对实验样机进行模态分析实验，测定振动特性参数，与理论结果 相验证拟解决的关键问题令 并联机构拓扑结构与运动敏感性z间的内在联系，运动敏感性的数学描述 和几何意义，以及相应的优选指标令基于有限元和拉格朗方程的二元超兀余机器人系统的柔性多体动力学建模方法令 基于lie群、lie代数理论的合理的动力学模型简化方法和动力学方程求解 算法令二元超兀余机器人系统的理论模态分

47、析和试验模态分析3. 拟采取的研究方案及可行性分析。在进一步收集调研国内外相关文献的基础上，本项申请采用理论建模分析、计算机仿 真，实验样机验证相结合的研究方法，主要偏重于二元超兀余机器人机构学理论与方法 的研究。（a）理论研究部分研究方案及可行性1）运用约束螺旋综合理论，完成瞬时并联机构的型综合,特别是3,4 口由度并联机构。 研究瞬时并联机构驱动副的选取问题。（可行性：申请人在参与国家自然科学基金项目“少 自由度并联机器人及虚轴机床的机型构造理论及其综合50075074-研究中，已运用约束螺旋综合 理论完成了全部九类少自由度连续运动并联机构的构型综合，以此理论完成瞬时并联机构的型 综合是可

48、行的）2）以李群李代数理论研究并联机构的运动敏感性与拓扑构型的内在联系，首先以分支 位移流形描述并联机构分支运动链末端的运动，再考虑制造误差、装配间隙和构件 柔性带来的小位移扭转对分支位移流形代数结构完整性的影响程度，最后选岀运动 鲁棒性好的并联机构（可行性：这一部分的研究在理论上具有相当难度，经过申请人和法国 j.m.herve教授的共同努力，已取得一定成果，目前正在合作撰写一篇在拓扑构型层面上分析3 自由度移动并联机构运动敏感性的论文）3）在1）, 2）研究基础上，以运动敏感性为评价指标，优选出多种3或4自由度并联模 块构型。使用优选并联模块以三种方式构成含5个模块的二元超冗余机器人，包括

49、： 单纯3自由度模块；单纯4自由度模块以及3, 4自由度并联模块混合三种结构。再 运用2）屮的研究方法，优选出鲁棒性好的构型（可行性：在1）, 2）研究基础上，这一步可 以完成）4）以并联机器人机构学和空间机构学为工具，研究优选构型的正向运动学、着重深入 研究遗传算法在逆向运动学中的应用（可行性：虽然目前研究尚未深入，但遗传算法用于二 元超冗余机器人的逆运动学问题已被证明是可行的）5）以并联模块为子结构，使用有限元法把每个并联模块离散为杆单元，求出任意单元 上任意点在系统坐标系中位移、速度，然后计算出整个系统的动能、势能及非保守 力所做的功，代入拉格朗日第二类方程，得到二元超冗余机器人的柔性多

50、体动力学 模型。推导使用符号数学软件mathematica为工具（可行性：有限元和拉格朗日方程相结 合的动力学建模方法是柔性多体动力学使用较多的一种方法，通过使用mathematica,可以完成 建模中极为复杂的推导）6）在5）的基础上，研究利用李群李代数理论简化动力学模型并给岀动力学方程的高效 解法（可行性：动力学模型的合理简化是本项申请的最大难点之一，充分利用李群李代数在约束 力学系统中的研究成果，融合并联机器人机构学和模态分析技术，可以完成这一工作）7）以有限元法对二元超兀余机器人系统进行理论模态分析，获取主要振动特性参数， 并通过仿真和样机实验进行验证（可行性：在6）的基础上可以完成）

51、（b）技术部分研究方案及可行性8）在确定结构参数后、运用ugnx和ansys等cad/cae软件进行零部件的实体造型、 装配和整机的外型布局设计、运动学，动力学仿真，有限元分析9）设计基于dsp的样机数控硬件系统和以vc+6.0为开发环境下的样机数控软件10）完成零部件的加工和整机的装配、调试、标定，并以激振法对样机进行模态分析实 验，测定振动特性参数。可行性：课题组相关成员能够熟练使用ugnx和ansys完成复杂机械系统的建模、装配、仿真 分析和优化设计的全过程；具有丰富的dsp软、硬件开发和机电产品应用开发经验；申请项目 依托的浙江省现代纺织装备技术重点实验室具有良好的软、硬件设施，所以样

52、机研制的工作是 可行的。4、本项目的特色与创新之处。特色：针对目前国内外对二元超冗余机器人的研究主要集中于运动学和二元驱动器 的状态，选取二元超冗余机器人机构学中若干重要、但尚为空白的基础科学问题为研究 方向，包括：构型综合与优选、运动敏感性、柔性多体动力学建模与动力学特性分析等。创新之处：令 提出使用瞬时少自由度并联机构作为二元超冗余机器人的模块单元，为瞬 时少自由度并联机构理论研究和应用开拓了新的方向。令 提出二元超冗余机器人的构型综合理论及方法令提出基于李群的二元超冗余机器人的运动敏感性分析方法。令二元超冗余机器人的柔性多体动力学建模、基于李群李代数理论的动力学 模型简化与算法研究令 二

53、元超冗余机器人的振动特性分析研究5、年度研究计划及预期研究结果。（包括拟组织的重要学术交流活动、 国际合作与交流计划等）年度研究计划：2007年1月-2007年12月国内外文献收集、调研；完成少由度憐时并联机构的型综合；与j.m.herve 教授合作，继续研究并联机构的运动散感性，撰写论文。根据运动敏感性从少自出度连续并联机构和瞬时并联机构中优选并联模块构型; 优选二元超冗余机器人构型；优选构型的止、逆向运动学研究及遗传算法的应 用。撰写专利中请书和论文开发基于opengl的可视化二元超冗余机器人计算机辅助构型综合软件；完成 控制系统硬件的选购及软件开发；完成优选机型在ug nx和ansys环

54、境下的 零部件建模、装配和仿真。2008年1月一 2007年12月研究二元超兀余机器人的柔性多体动力学建模，基于李群李代数理论的动力学 模型简化与算法研究，撰写论文研究二元超冗余机器人的振动特性，进行理论模态分析和计算机仿真完成样机零部件的加工、装配以及机电系统的集成调试2009年1月一2009年12月研究二元超兀余机器人的柔性多体动力学建模，基于李群李代数理论的动力学 模型简化与算法研究，撰写论文研究二元超兀余机器人的振动特性，进行理论模态分析和计算机仿真完成样机零部件的加工、装配以及机电系统的集成调试撰写研究总结报告，准备结题验收预期研究成果：在国内外重要期刊、会议发表高水平学术论文6-1

55、0篇，其中scl ei收录至少5 篇；申报国家发明专利一项、建造一台具有我国自主知识产权的二元超冗余机器人样机 提供二元超冗余机器人构型综合辅助设计软件一套、控制系统软件一套 培养硕士 3名（二）研究基础与工作条件1、工作基础（与本项目相关的研究工作积累和已取得的研究工作成绩）中请者从1997年至今一直从事机器人机构学理论及应用方面的研究，硕士课题研 究方向为多机器人协调操作系统动力学建模，博士课题研究方向为少自由度并联机构型 综合，ft前主要研究领域是少口由度并联机器人机构学理论及技术、李群李代数理论在 机械系统中的应用等，已发表论文20余篇，其中sci收录7篇，ei收录14篇，获发明 专利

56、2项。这些研究工作为木项巾请的完成奠定了坚实的理论基础。此外，本项申请主要参加人员均为具有硕士学位的青年教师、平均年龄29岁，具 有扎实的理论基础、突出的业务能力、合理的知识结构和良好的团队精神，使本项中请 的完成在人力上有了充分的保证。2、工作条件申请人为浙江理工大学浙江省现代纺织装备技术重点实验室教师，实验室得到浙江 省科技厅的支持，研究人员在机电系统集成技术、计算机集成控制、机械设计及制造、 机器人技术应用等方面有丰富的经验和较强的实践能力，可为本项目的实施，特别是样 机及控制系统的设计、制造、标定和调试提供重要的帮助和指导。实验室具有良好的软、硬件设施可供申请项口利用。屮心h前实验设备w：unimationpuma 560 工业机器人一台，stabli rx60 1