模塊化六自由度機械臂運動學(xué)研究及其連桿尺寸優(yōu)化.pdf

1、通過若干具有不同尺寸特征和一定程度裝配關(guān)系的關(guān)節(jié)、連桿和末端執(zhí)行器等模塊構(gòu)成，各個模塊間用電氣結(jié)構(gòu)相連并且能組成不同工作空間和自由度數(shù)的機械臂結(jié)構(gòu)被稱作模塊化可重構(gòu)型機械臂。模塊化機械臂相對于傳統(tǒng)的工業(yè)機器人具有工作范圍廣、互換性強、成本低、已修改維護、便攜等優(yōu)點，因此其一直是機器人領(lǐng)域的熱門研究之一。
　　本論文的選題主要源于安徽高校自然科學(xué)研究重點項目“機器人雙臂系統(tǒng)操作能力地圖構(gòu)建及擬人運動規(guī)劃方法研究（項目編號KJ2016

2、A200）”。該項目以機器人雙臂系統(tǒng)為研究對象，繪制機械臂的操作能力地圖，再結(jié)合人體雙臂的運動規(guī)律，研究機器人雙臂的擬人運動規(guī)劃方法。本論文以該項目作為支撐，進而開展模塊化機械臂運動學(xué)方面的研究，論文主要研究內(nèi)容包括:機械臂的運動學(xué)建模與分析、機械臂的能力地圖的繪制、機械臂的運動學(xué)參數(shù)標(biāo)定和機械臂連桿尺寸優(yōu)化等四個方面內(nèi)容，論文主要工作如下:
　　(1)構(gòu)建模塊化六自由度機械臂系統(tǒng)。簡要介紹了課題組開發(fā)的服務(wù)機器人的機械結(jié)構(gòu)框架和

3、控制系統(tǒng)分布，著重闡述了模塊化機械臂的設(shè)計要求和構(gòu)成特點，進一步對機械臂關(guān)節(jié)模塊的結(jié)構(gòu)特點進行了分析并設(shè)計了各模塊間的連接件結(jié)構(gòu)，最終搭建了機械臂系統(tǒng)硬件平臺。
　　(2)模塊化機械臂的運動學(xué)建模及分析。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)DH法來描述機械臂的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并推導(dǎo)機械臂的運動學(xué)方程;采用變量分離法和幾何法相結(jié)合的方法來求解機械臂的逆運動學(xué)方程;應(yīng)用矢量積法求解機械臂的雅克比矩陣，并在MATLAB軟件環(huán)境下應(yīng)用機器人工具箱搭建模塊化機械臂虛擬仿真平

4、臺。
　　(3)機械臂工作空間的求解及繪制機械臂末端參考點的操作能力地圖。推導(dǎo)了機械臂末端參考點的工作空間數(shù)值表達式，并借助三維建模軟件SolidWorks和MATLAB軟件進一步求解機械臂的3D工作空間，并對機械臂末端參考點的工作空間進行位置和姿態(tài)離散，基于空間可達指標(biāo)繪制機械臂在其工作空間內(nèi)的操作能力地圖。
　　(4)機械臂的運動學(xué)參數(shù)標(biāo)定。結(jié)合前文機械臂的運動學(xué)分析，建立其運動學(xué)標(biāo)定的誤差標(biāo)定模型，并在MATLAB軟件

5、環(huán)境下編寫誤差標(biāo)定模型的求解程序，并應(yīng)用相對位置誤差法對其進行運動學(xué)參數(shù)標(biāo)定，提高了機械臂的絕對定位精度。
　　(5)基于全局性能和局部性能指標(biāo)的機械臂連桿尺寸優(yōu)化分析。根據(jù)機械臂的結(jié)構(gòu)特點分析其連桿尺寸的分布情況，基于機械臂的全局和局部靈活性能指標(biāo)設(shè)計正交試驗對機械臂的連桿尺寸進行優(yōu)化分析，最終得到使得機械臂具有整體較優(yōu)性能指標(biāo)時的連桿尺寸。
　　本論文中的相關(guān)研究將有助于后續(xù)的機械臂的擬人運動規(guī)劃研究，并且對模塊化機械臂