模塊化冗余度操作臂的研制.pdf

1、冗余度操作臂因含有多于確定操作臂空間位置和姿態(tài)所需的自由度，具有動作靈活、易于避障、克服奇異點和活動空間大等特點，從而大大改善了操作臂的運動性能。近十幾年來，冗余度技術得到了廣泛研究和迅速發(fā)展，已成為機器人技術的一個重要發(fā)展方向。進行冗余度操作臂設計與開發(fā)不僅具有實際應用價值，而且具有較高的理論研究價值。本文研制了一種模塊化冗余度操作臂，該操作臂具有八個自由度，主要開展的研究工作有以下幾個方面：首先，對正交關節(jié)和非正交關節(jié)進行了對比分析

2、，設計了一種基于非正交關節(jié)的單自由度模塊結構。模塊通過采用單級齒輪副傳動避免了電機軸承受較大彎矩，同時保證了模塊結構的緊湊型。設計了冗余度操作臂的整體結構，并對其關節(jié)進行了受力分析與校核。其次，設計了冗余度操作臂的控制系統(tǒng)。操作臂采用支持多主模式和具有完善通訊協(xié)議的CAN總線作為通信方案，硬件部分設計了模塊的CAN節(jié)點控制板以及用于對控制板主芯片在線燒寫程序的ISP燒寫板。軟件系統(tǒng)方面，設計了上位機控制界面和下位機解析程序，實現(xiàn)了對舵機

3、的位置精確控制和速度調(diào)節(jié)。自此基礎上，采用D-H法建立了操作臂運動學模型，進行了正運動學求解；分析了四自由度操作臂的逆運動學解析解和工作空間。采用基于雅克比矩陣偽逆的數(shù)值迭代算法對八自由度操作臂的逆運動學進行了分析，并分別在MATLAB與ADAMS軟件中對末端軌跡為直線和圓弧時進行了仿真，采用梯度投影法對操作臂進行了避關節(jié)極限運動學優(yōu)化，并驗證了其正確性。最后建立了冗余度操作臂的實驗系統(tǒng)平臺，該平臺由PC機、CAN通訊卡、ISP燒寫板以