面向狹小空間作業(yè)的繩索驅(qū)動超冗余機械臂的研究.pdf

1、在災害救援、核與輻射設備檢修、有毒廢料采樣、管道監(jiān)測等方面，由于空間狹小且面臨較大危險，不適合人或大型裝備進入以開展工作，因此，體型纖細、運動靈活的超冗余機械臂成為一個重要選擇。由于傳統(tǒng)關(guān)節(jié)式機器人的機電部件安裝于機械臂桿件連接處，且質(zhì)量較大，外形尺寸和載荷比難以滿足狹小空間作業(yè)的要求。本文研制了外觀曲率連續(xù)的繩索驅(qū)動超冗余機械臂，具有良好彎曲特性和極其靈活的運動能力。
　　根據(jù)狹小空間作業(yè)的應用需求，分析了機械臂的功能和性能指標

2、要求，設計了一套超強運動能力的繩索驅(qū)動超冗余機械臂。該機械臂由10個模塊化雙自由度關(guān)節(jié)、繩索裝置、傳動機構(gòu)以及驅(qū)動控制箱組成，具有20個自由度的運動能力。電機、傳動機構(gòu)及控制箱（機電部分）集成在根部并封裝在一個箱體中，作業(yè)段（稱為操作臂）僅包含連桿和萬向節(jié)，大大減輕了運動載荷，提高了傳動效率。為實現(xiàn)多個自由度的協(xié)同控制，開發(fā)了具有三層架構(gòu)的控制系統(tǒng)，即遠程遙控與監(jiān)控層層、規(guī)劃與控制層以及運動執(zhí)行層，具有CAN總線、串口轉(zhuǎn)USB及NRF無

3、線通信等模塊。以視覺檢測為實際應用案例，機械臂末端攜帶了無線相機，可將觀察到的視頻通過無線鏈路傳遞到用戶界面。
　　基于開發(fā)的機械臂，推導了運動學解算方程并規(guī)劃了其典型的運動軌跡。采用傳統(tǒng)的D-H法建立了機械臂的關(guān)節(jié)空間與操作空間的映射關(guān)系；采用幾何分析的方法，得到了機械臂驅(qū)動空間與關(guān)節(jié)空間的解耦方程；針對機械臂的典型作業(yè)任務，規(guī)劃了其運動軌跡，并且該運動學解算及軌跡規(guī)劃算法的準確性在Matlab和Adams的聯(lián)合仿真環(huán)境下得到了