PowerCube可重構模塊化機器人研究.pdf

1、可重構模塊化機器人是一種高柔性度的機器人，它是由若干個獨立的具有相同或不同尺寸和性能特征的關節(jié)模塊和連桿模塊組成，這些模塊可以通過增減、互換，重新搭配等方式建立出適應新的作業(yè)任務需要的機器人構型?？芍貥嫏C器人不但具備機械系統(tǒng)的可重構性，控制系統(tǒng)也能單獨工作?，F(xiàn)代工業(yè)生產和科學試驗，工作任務都不再是單一不變，需要采用不同構形的機器人，而采用可重構機器人能夠大大的降低成本，并提高效率。 本文首先對德國Amtec公司生產的PowerC

2、ube可重構模塊進行了初步的研究j然后利用本研究室現(xiàn)有的一個PowerCube腕關節(jié)模塊、兩個PowerCube旋轉模塊以及一些輔助模塊，設計了兩種不同構形的四自由度可重構模塊化機器人，分別用來完成空間內和平面內的工作任務。 建立可重構機器人運動學分析的統(tǒng)一模型是可重構機器人的主要內容之一。運動學分析的統(tǒng)一模型包括可重構機器人的正運動學模型和逆運動學模型。本文對其中的空間構形，利用D-H方法建立了PowerCulbe模塊化機器人

3、的廣義連桿坐標系，在此基礎上推導出了此機器人4×4矩陣形式表示的運動學方程。以機器人的初始位置為例求解了機器人的正解驗證了運動學方程的正確性。 從工程應用的角度出發(fā)，逆運動學的研究更有價值，它是機器人運動規(guī)劃和軌跡控制的基礎。本文在求解PowerCulbe模塊化機器人的逆解時，利用了分離變量法將一個未知數(shù)由矩陣方程的右邊移到左邊，使其與其它未知數(shù)分開，解出這個未知數(shù)，重復進行，直至解出全部未知數(shù)。在求解每個關節(jié)變量時，由于運動學

4、方程中所給出的代數(shù)方程的個數(shù)遠多余求解變量的個數(shù)，其中存在著冗余的方程，因此必須通過觀察和分析，找到獨立的方程，求解關節(jié)變量，最后通過計算獲得了此機器人的全部逆解。 本文最后對PowerCulbe模塊化機器人的控制系統(tǒng)和編程語言進行了研究，對控制系統(tǒng)的CAN總線與模塊和PC機的通信做了初步的研究。在編程方面，對PowerCube模塊的編程開發(fā)的重要工具：DLL(動態(tài)鏈接庫)做了一定的研究；并對一段程序做了分析，為以后的編程開發(fā)打