PowerCube可重構(gòu)模塊化機(jī)器人研究.pdf

1、可重構(gòu)模塊化機(jī)器人是一種高柔性度的機(jī)器人，它是由若干個(gè)獨(dú)立的具有相同或不同尺寸和性能特征的關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊組成，這些模塊可以通過(guò)增減、互換，重新搭配等方式建立出適應(yīng)新的作業(yè)任務(wù)需要的機(jī)器人構(gòu)型。可重構(gòu)機(jī)器人不但具備機(jī)械系統(tǒng)的可重構(gòu)性，控制系統(tǒng)也能單獨(dú)工作?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)試驗(yàn)，工作任務(wù)都不再是單一不變，需要采用不同構(gòu)形的機(jī)器人，而采用可重構(gòu)機(jī)器人能夠大大的降低成本，并提高效率。 本文首先對(duì)德國(guó)Amtec公司生產(chǎn)的PowerC

2、ube可重構(gòu)模塊進(jìn)行了初步的研究j然后利用本研究室現(xiàn)有的一個(gè)PowerCube腕關(guān)節(jié)模塊、兩個(gè)PowerCube旋轉(zhuǎn)模塊以及一些輔助模塊，設(shè)計(jì)了兩種不同構(gòu)形的四自由度可重構(gòu)模塊化機(jī)器人，分別用來(lái)完成空間內(nèi)和平面內(nèi)的工作任務(wù)。 建立可重構(gòu)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的統(tǒng)一模型是可重構(gòu)機(jī)器人的主要內(nèi)容之一。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的統(tǒng)一模型包括可重構(gòu)機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。本文對(duì)其中的空間構(gòu)形，利用D-H方法建立了PowerCulbe模塊化機(jī)器人

3、的廣義連桿坐標(biāo)系，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了此機(jī)器人4×4矩陣形式表示的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。以機(jī)器人的初始位置為例求解了機(jī)器人的正解驗(yàn)證了運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的正確性。 從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究更有價(jià)值，它是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和軌跡控制的基礎(chǔ)。本文在求解PowerCulbe模塊化機(jī)器人的逆解時(shí)，利用了分離變量法將一個(gè)未知數(shù)由矩陣方程的右邊移到左邊，使其與其它未知數(shù)分開(kāi)，解出這個(gè)未知數(shù)，重復(fù)進(jìn)行，直至解出全部未知數(shù)。在求解每個(gè)關(guān)節(jié)變量時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)學(xué)

4、方程中所給出的代數(shù)方程的個(gè)數(shù)遠(yuǎn)多余求解變量的個(gè)數(shù)，其中存在著冗余的方程，因此必須通過(guò)觀察和分析，找到獨(dú)立的方程，求解關(guān)節(jié)變量，最后通過(guò)計(jì)算獲得了此機(jī)器人的全部逆解。 本文最后對(duì)PowerCulbe模塊化機(jī)器人的控制系統(tǒng)和編程語(yǔ)言進(jìn)行了研究，對(duì)控制系統(tǒng)的CAN總線與模塊和PC機(jī)的通信做了初步的研究。在編程方面，對(duì)PowerCube模塊的編程開(kāi)發(fā)的重要工具：DLL(動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù))做了一定的研究；并對(duì)一段程序做了分析，為以后的編程開(kāi)發(fā)打