助老助殘智能輪椅機(jī)械臂的研究.pdf

1、目前機(jī)器人領(lǐng)域中，一種新的、有蓬勃生命力的服務(wù)機(jī)器人已經(jīng)出現(xiàn)并且迅速發(fā)展起來(lái)。服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用范圍很廣，主要從事維護(hù)保養(yǎng)、修理、運(yùn)輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護(hù)等工作。輪椅機(jī)器人作為一種重要的服務(wù)機(jī)器人已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入人們的生活中，其上面的輔助機(jī)械手臂可以很好的幫助老年及殘障人士從事一些日常生活活動(dòng)，如開(kāi)門(mén)、倒水等。
　　基于智能輪椅的輔助型機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了整個(gè)系統(tǒng)工作性能。機(jī)械臂安裝在智能輪椅上，以人為服務(wù)對(duì)象，決定了這種

2、機(jī)械臂重量輕、體積小、外觀精致、工作空間大等特點(diǎn)。六自由度的輕型串聯(lián)機(jī)械臂，配以人性化的控制界面，使這種機(jī)械手臂很好的代替人手臂完成多種動(dòng)作。本文結(jié)合機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)，及可操作度理論對(duì)放置于智能輪椅旁的機(jī)械臂進(jìn)行研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，根據(jù)輪椅機(jī)械臂剛度要求及工作空間大的特點(diǎn)確定適當(dāng)?shù)淖杂啥葦?shù)和關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)構(gòu)型，選擇合適的機(jī)械臂傳動(dòng)方案和整體結(jié)構(gòu)布局。結(jié)合機(jī)構(gòu)學(xué)分析規(guī)劃各部分功能結(jié)構(gòu)，包括手爪、腕部、小臂、大臂、底座等功能模塊

3、。綜合考慮重量，體積等因素，建模整個(gè)手臂的具體結(jié)構(gòu)。
　　其次，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析，建立了機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。根據(jù)D-H法得到機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，并用矢量積分法推導(dǎo)出機(jī)械臂雅可比矩陣，利用運(yùn)動(dòng)學(xué)理論分析繪制了機(jī)械臂的工作空間。結(jié)合工作空間對(duì)大臂和小臂桿長(zhǎng)參數(shù)進(jìn)行了尺寸綜合得到較優(yōu)的桿長(zhǎng)參數(shù)。
　　再次，研究機(jī)械臂的工作性能，把機(jī)器人性能指標(biāo)中的可操作度作為研究對(duì)象，結(jié)合可操作度橢球分析機(jī)械臂可操作度的概念，進(jìn)

4、而基于整個(gè)輪椅機(jī)械臂系統(tǒng)分析機(jī)械臂的可操作度，面向任務(wù)劃分輪椅機(jī)械臂工作空間，相應(yīng)理論計(jì)算工作空間內(nèi)點(diǎn)的可操作度，并對(duì)可操作度大小進(jìn)行形象的評(píng)價(jià)標(biāo)示。應(yīng)用標(biāo)示結(jié)果分析了輪椅機(jī)械臂工作空間中各個(gè)區(qū)域內(nèi)的操作能力，用于指導(dǎo)規(guī)劃和操作，以及對(duì)桿件尺寸的校核。
　　最后，設(shè)計(jì)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)，鑒于串聯(lián)機(jī)械臂布線困難，選擇使用上下位機(jī)的分級(jí)控制模式，及CAN總線通信方式，這樣能使硬件線路相對(duì)簡(jiǎn)單。利用USB-CAN卡，微驅(qū)動(dòng)控制器，自制的接