模塊化冗余度操作臂的研制.pdf

1、冗余度操作臂因含有多于確定操作臂空間位置和姿態(tài)所需的自由度，具有動(dòng)作靈活、易于避障、克服奇異點(diǎn)和活動(dòng)空間大等特點(diǎn)，從而大大改善了操作臂的運(yùn)動(dòng)性能。近十幾年來，冗余度技術(shù)得到了廣泛研究和迅速發(fā)展，已成為機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。進(jìn)行冗余度操作臂設(shè)計(jì)與開發(fā)不僅具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，而且具有較高的理論研究?jī)r(jià)值。本文研制了一種模塊化冗余度操作臂，該操作臂具有八個(gè)自由度，主要開展的研究工作有以下幾個(gè)方面：首先，對(duì)正交關(guān)節(jié)和非正交關(guān)節(jié)進(jìn)行了對(duì)比分析

2、，設(shè)計(jì)了一種基于非正交關(guān)節(jié)的單自由度模塊結(jié)構(gòu)。模塊通過采用單級(jí)齒輪副傳動(dòng)避免了電機(jī)軸承受較大彎矩，同時(shí)保證了模塊結(jié)構(gòu)的緊湊型。設(shè)計(jì)了冗余度操作臂的整體結(jié)構(gòu)，并對(duì)其關(guān)節(jié)進(jìn)行了受力分析與校核。其次，設(shè)計(jì)了冗余度操作臂的控制系統(tǒng)。操作臂采用支持多主模式和具有完善通訊協(xié)議的CAN總線作為通信方案，硬件部分設(shè)計(jì)了模塊的CAN節(jié)點(diǎn)控制板以及用于對(duì)控制板主芯片在線燒寫程序的ISP燒寫板。軟件系統(tǒng)方面，設(shè)計(jì)了上位機(jī)控制界面和下位機(jī)解析程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)舵機(jī)

3、的位置精確控制和速度調(diào)節(jié)。自此基礎(chǔ)上，采用D-H法建立了操作臂運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，進(jìn)行了正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解；分析了四自由度操作臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解析解和工作空間。采用基于雅克比矩陣偽逆的數(shù)值迭代算法對(duì)八自由度操作臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析，并分別在MATLAB與ADAMS軟件中對(duì)末端軌跡為直線和圓弧時(shí)進(jìn)行了仿真，采用梯度投影法對(duì)操作臂進(jìn)行了避關(guān)節(jié)極限運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化，并驗(yàn)證了其正確性。最后建立了冗余度操作臂的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，該平臺(tái)由PC機(jī)、CAN通訊卡、ISP燒寫板以