輕型機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制研究.pdf

1、輕型機(jī)械臂由于具有高負(fù)重/自重比、低功耗等特性，被廣泛應(yīng)用在各種移動(dòng)平臺(tái)上，在空間、戰(zhàn)場(chǎng)和家庭服務(wù)等領(lǐng)域占據(jù)著重要的地位。從目前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，高可靠度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和未知環(huán)境下的控制問(wèn)題始終是當(dāng)前輕型臂技術(shù)研究的熱點(diǎn)。本文結(jié)合國(guó)防科工委“十一五”計(jì)劃基礎(chǔ)研究項(xiàng)目“×××手臂的研究”，設(shè)計(jì)了一套四自由度的輕型機(jī)械臂樣機(jī)，并以之為平臺(tái)，研究了基于關(guān)節(jié)力矩傳感器的輕型臂柔順控制問(wèn)題。
　　本文從課題的設(shè)計(jì)指標(biāo)出發(fā)，結(jié)合當(dāng)今先進(jìn)輕型臂的結(jié)構(gòu)

2、特點(diǎn)，對(duì)輕型臂的構(gòu)型和基本桿件參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并提出了輕型臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，包括：基于模塊化關(guān)節(jié)的整體結(jié)構(gòu)方案，高減速比、大力矩輸出的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案，輸入輸出相互垂直的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)方案，輕型臂內(nèi)部走線(xiàn)的電氣連結(jié)方案，機(jī)電集成和智能化的傳感系統(tǒng)方案。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)器、制動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了合理選型，對(duì)輕型臂的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，本文采用關(guān)節(jié)大中心孔結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的內(nèi)部走線(xiàn)；通過(guò)基于彈簧插針的電氣接口來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電氣

3、連接。
　　具有豐富的傳感器是當(dāng)今輕型臂技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)。本文輕型臂的模塊化關(guān)節(jié)，不但集成有冗余的位置傳感器，而且集成了新型的關(guān)節(jié)力矩傳感器。該關(guān)節(jié)力矩傳感器基于應(yīng)變式原理，采用十字分布的彈性梁結(jié)構(gòu)和冗余的雙路輸出電橋，具備關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩和彎矩過(guò)載保護(hù)能力。它賦予了輕型臂一定的力覺(jué)感知能力，為輕型臂的柔順控制打下了基礎(chǔ)。
　　輕型臂多工作于未知且復(fù)雜的環(huán)境下，單純的位置控制無(wú)法從根本上解決約束環(huán)境下輕型臂的安全問(wèn)題。因此，本文在