具有全周運動的抓取機器人的設(shè)計與研究.pdf

1、抓取機器人作為機器人機構(gòu)在工業(yè)機器人領(lǐng)域的重要應(yīng)用之一，有著廣闊的發(fā)展?jié)摿蜔o可限量的應(yīng)用前景。串聯(lián)式抓取機器人因為工作空間較大，起步較早所以其理論相對完善，控制系統(tǒng)較為簡單等優(yōu)點，在抓取機器人市場占據(jù)著主流位置，然而串聯(lián)式機器人由于其結(jié)構(gòu)特點，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;目前市場上應(yīng)用于抓取操作的并聯(lián)機器人的構(gòu)型主要以Delta機構(gòu)和Par4機構(gòu)為基礎(chǔ)，然而相比于串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，此類并聯(lián)機器人存在著工作空

2、間小，末端動平臺姿態(tài)轉(zhuǎn)角小等缺點，這些缺點在很大程度上限制了其在抓取領(lǐng)域的應(yīng)用。針對上述問題，本次研究的目的是采用并聯(lián)機構(gòu)，設(shè)計一種具有全周運動的抓取機器人，使其手爪能夠?qū)崿F(xiàn)無限制的轉(zhuǎn)動。
　　本文應(yīng)擁有無限轉(zhuǎn)動能力的并聯(lián)抓取機器人的市場需求，設(shè)計了一種擁有兩個移動，一個轉(zhuǎn)動的平面三自由度的并聯(lián)抓取機器人。首先，本文結(jié)合機器人機構(gòu)學(xué)的運動學(xué)分析理論，建立了抓取機器人的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，基于螺旋理論對其自由度進行了求解，對其進行

3、了運動學(xué)反解、正解的計算和速度分析;基于得到的運動學(xué)反解運用二維搜點法繪制了抓取機器人的在平面內(nèi)的位置工作空間，并分析了抓取機器人不同的桿長參數(shù)變化時對其工作空間的影響，然后對抓取機器人的奇異性基于雅克比矩陣進行了分析，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)上對機構(gòu)進行了靈巧性分析和靜剛度分析;然后根據(jù)機器人的結(jié)構(gòu)特點和桿長參數(shù)變化對工作空間的影響的大小，確定了機器人的優(yōu)化變量和約束條件，以抓取機器人的整體靜剛度和位置工作空

4、間為目標函數(shù)，基于NSGA-II遺傳算法對抓取機器人進行了桿長尺寸優(yōu)化設(shè)計，從優(yōu)化結(jié)果中選取了其中的最優(yōu)解作為抓取機器人機構(gòu)的設(shè)計參數(shù);接著利用Creo2.0軟件建立了機器人的三維模型并導(dǎo)入ADAMS軟件中進行了運動學(xué)仿真，并對比基于MATLAB的運動學(xué)逆解計算結(jié)果驗證了動力學(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)進行了軌跡規(guī)劃;最后，對抓取機器人利用有限元分析的方法進行了靜力學(xué)分析，利用3D打印機制作了模型，并最終制作了物理