救援機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化及其運動學(xué)與動力學(xué)研究.pdf

1、全球性地震災(zāi)害發(fā)生頻繁，救援任務(wù)具有時限緊、對功能性和智能化要求高等特點;目前靠人工救援為主，救援效率低，需要研究輕量化、高靈活性、智能化的機器人。針對以上要求，本文對地震救援機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸優(yōu)化、冗余自由度機械手的運動學(xué)以及動力學(xué)進行了一系列研究。
　　首先分析優(yōu)化了地震救援機器人的機械臂結(jié)構(gòu)。根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)要求，設(shè)計了相應(yīng)的行走平臺和七自由度冗余機械臂。對主要零部件進行了靜力學(xué)分析，分析結(jié)果表明機械臂還有一定的優(yōu)化空間，為

2、了提高機械臂的負載自重比，基于響應(yīng)面法進行了相關(guān)尺寸優(yōu)化，優(yōu)化了機械臂結(jié)構(gòu)。
　　其次進行了七自由度冗余機械臂的運動學(xué)研究?；贒H法為機械臂連桿建立局部坐標系，建立了機械臂的運動學(xué)方程，并采用蒙特卡羅法求解了機械臂的作業(yè)空間;在梯度投影法的基礎(chǔ)上綜合考慮機械臂奇異構(gòu)型和關(guān)節(jié)極限，分析了冗余機械臂的逆運動學(xué)問題，并引入位置誤差反饋的閉環(huán)逆運動學(xué)解法，提高了逆運動學(xué)的求解精度。
　　然后搭建虛擬樣機模型進行動力學(xué)仿真實驗?；?/p>

3、拉格朗日法建立了機器人動力學(xué)方程，基于ADAMS虛擬樣機對單個關(guān)節(jié)進行了定點控制和軌跡跟蹤仿真試驗。仿真結(jié)果表明，單個關(guān)節(jié)定點控制反應(yīng)靈敏，軌跡跟蹤效果良好。將ADAMS虛擬樣機模型導(dǎo)入MATLAB，基于MATLAB/simulink建立機械臂的控制系統(tǒng)，可為將來控制算法驗證提供交互式聯(lián)合仿真平臺。
　　最后試制了地震救援機器人物理樣機，建立基于快速控制原型技術(shù)的實時控制系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的PID控制，對物理樣機進行了軌跡跟蹤試驗驗證