具有全周運(yùn)動(dòng)的抓取機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、抓取機(jī)器人作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的重要應(yīng)用之一，有著廣闊的發(fā)展?jié)摿蜔o(wú)可限量的應(yīng)用前景。串聯(lián)式抓取機(jī)器人因?yàn)楣ぷ骺臻g較大，起步較早所以其理論相對(duì)完善，控制系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在抓取機(jī)器人市場(chǎng)占據(jù)著主流位置，然而串聯(lián)式機(jī)器人由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，存在著剛度較差、精度較差，存在累積誤差和末端件慣性較大等缺點(diǎn);目前市場(chǎng)上應(yīng)用于抓取操作的并聯(lián)機(jī)器人的構(gòu)型主要以Delta機(jī)構(gòu)和Par4機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，然而相比于串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，此類并聯(lián)機(jī)器人存在著工作空

2、間小，末端動(dòng)平臺(tái)姿態(tài)轉(zhuǎn)角小等缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)在很大程度上限制了其在抓取領(lǐng)域的應(yīng)用。針對(duì)上述問(wèn)題，本次研究的目的是采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)一種具有全周運(yùn)動(dòng)的抓取機(jī)器人，使其手爪能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)限制的轉(zhuǎn)動(dòng)。
　　本文應(yīng)擁有無(wú)限轉(zhuǎn)動(dòng)能力的并聯(lián)抓取機(jī)器人的市場(chǎng)需求，設(shè)計(jì)了一種擁有兩個(gè)移動(dòng)，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的平面三自由度的并聯(lián)抓取機(jī)器人。首先，本文結(jié)合機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析理論，建立了抓取機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，基于螺旋理論對(duì)其自由度進(jìn)行了求解，對(duì)其進(jìn)行

3、了運(yùn)動(dòng)學(xué)反解、正解的計(jì)算和速度分析;基于得到的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解運(yùn)用二維搜點(diǎn)法繪制了抓取機(jī)器人的在平面內(nèi)的位置工作空間，并分析了抓取機(jī)器人不同的桿長(zhǎng)參數(shù)變化時(shí)對(duì)其工作空間的影響，然后對(duì)抓取機(jī)器人的奇異性基于雅克比矩陣進(jìn)行了分析，得到了其工作空間內(nèi)的雅克比條件數(shù)，在雅克比矩陣基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了靈巧性分析和靜剛度分析;然后根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和桿長(zhǎng)參數(shù)變化對(duì)工作空間的影響的大小，確定了機(jī)器人的優(yōu)化變量和約束條件，以抓取機(jī)器人的整體靜剛度和位置工作空

4、間為目標(biāo)函數(shù)，基于NSGA-II遺傳算法對(duì)抓取機(jī)器人進(jìn)行了桿長(zhǎng)尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)，從優(yōu)化結(jié)果中選取了其中的最優(yōu)解作為抓取機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù);接著利用Creo2.0軟件建立了機(jī)器人的三維模型并導(dǎo)入ADAMS軟件中進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，并對(duì)比基于MATLAB的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)仿真的正確性，在此基礎(chǔ)上基于給定的抓取和放置任務(wù)進(jìn)行了軌跡規(guī)劃;最后，對(duì)抓取機(jī)器人利用有限元分析的方法進(jìn)行了靜力學(xué)分析，利用3D打印機(jī)制作了模型，并最終制作了物理