魔方機器人手臂設(shè)計及運動學分析與動態(tài)特性研究.pdf

1、隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，機器人的應(yīng)用越來越普及，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)與制造之中，在航天、海洋探測、危險及惡劣條件等特殊環(huán)境中也獲得了大量應(yīng)用。如何快速研發(fā)出滿足需要的機器人，改善所研究機器人的各項性能指標，已經(jīng)成為急需要解決的問題。
　　本文設(shè)計出一款類人雙臂的解魔方機器人，通過智能化控制，能夠快速正確的還原出錯亂的魔方，目前國內(nèi)外研制的還原魔方機器人較多，但絕大部分都是多自由度的機器人，例如使用3個機械手或者4個機械手。還原

2、魔方不僅需要轉(zhuǎn)動魔方的一個面，還需要固定魔方的另外兩個面，多機械手的機器人能夠?qū)δХ狡鸬胶芎玫墓潭ㄗ饔茫夷軌蜻M行多面旋轉(zhuǎn)，因此轉(zhuǎn)動時能夠達到較高的速度。本設(shè)計的還原魔方機器人采用的是雙機械臂的類人化設(shè)計，使得外觀更接近人類，可觀性更高。為了設(shè)計成功和可靠，本文主要完成了以下幾個主要的工作:(1)對機器人總體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，重點對機器人的機械手臂進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，介紹了其傳動機構(gòu)的執(zhí)行方案并做了一定的分析，對機器人的各關(guān)節(jié)驅(qū)動方式和關(guān)節(jié)

3、減速器進行了選擇，并對機械手臂的主要承載件進行了強度分析，確保了其可靠性;(2)針對機械手臂進行了運動學分析以及建模仿真，運用D-H分析方法建立了機械手臂的連桿坐標系，得到了機械手臂末端執(zhí)行器對機械手臂基座的轉(zhuǎn)換矩陣，分別求出了機械手臂的運動學正解與逆運動學的逆解。運用matlab中的機器人工具箱Robotics Toolbox對機械手臂運動學進行了仿真分析，驗證了其正解與逆解的正確性;(3)機械手臂的動態(tài)特性研究，從機械手臂零部件的安

4、裝、關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)同軸度等再到諧波減速器、編碼器位置等關(guān)鍵部件分析出了誤差根源并對其產(chǎn)生的誤差來源進行了分析與建模，從而使我們在設(shè)計、安裝之中盡可能的避免和消除誤差。運用軟件Solidworks中的Simulation插件模塊對機械手臂進行了模態(tài)分析，得到了其在運動過程中的振型、固有頻率等動態(tài)特性，并進行分析比較，確保其結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，運動可靠性。
　　本文為解魔方機器人三（關(guān)節(jié)）自由度機械手臂的基礎(chǔ)研究，為將來更加深入地研究機械手臂