机器人系统的碰撞问题是实际工程技术中一个重要的研究课题,碰撞会影响系统运行的精度和稳定性,引起机器人系统动力学形态的巨大变化。同时,碰撞过程中产生的较大冲击力可能损坏系统或者目标物,因此,对机器人系统的碰撞问题进行研究,具有很强的理论意义和实际应用价值。本学位论文基于碰撞过程中产生的碰撞冲量和碰撞冲量矩理论建立机器人系统碰撞动力学模型,并对碰前轨迹规划和碰后动态响应问题进行了研究。本学位论文的主要研究工作如下:利用Lagrange方程,建立机器人系统的动力学模型,并以此为基础根据经典碰撞理论与恢复系数方程,推导得到碰撞时系统的外部碰撞冲量求解模型;该模型中碰撞点的速度与碰撞冲量之间是解耦的,有利于计算求解;基于Newton—Euler方程,采用相对坐标法,建立串联机器人系统的内部冲击动力学模型,探讨平面三杆机器人碰撞构型对内、外部冲击的影响,分析连杆质量和长度两个物理参数对关节内部冲击的影响。介绍闭链系统运动学分析的环路方程法及L-D动力学建模方法,引出建立闭链系统内部冲击动力学模型所需的一阶运动影响系数矩阵,基于串联支链内部冲击动力学理论,建立平面闭链五杆机器人机构内部冲击动力学模型。根据冗余机器人关节空间自运动特性,以平面三杆机器人为实例,通过建立其逆运动学解析解,采用零空间优化法进行碰前轨迹优化研究,分析零空间优化法对碰撞冲量的减小效应。根据碰撞过程中产生的冲量原理和高斯最小约束原理,运用求多变量函数极值的方法,建立多刚体系统接触碰撞后瞬时速度求解方程式,通过数值仿真,分析和探讨碰撞后系统的动态特性。