同位素分装机器人本体设计及轨迹规划研究与仿真

• 作 者: 陈志鹏
• 机 构: 兰州理工大学
• 出 处: 兰州理工大学
• 发表日期: 2018年期
• 关键词: 同位素分装机器人 本体设计 轨迹规划 运动空间 仿真实验

随着机器人科学和技术不断地发展，机器人广泛的应用于不同领域，特别是一些人类无法到达或危险的特殊场合，机器人应用于这些特殊的极限领域，有着非常重要的意义和实际的价值。本文从企业生产的实际需求出发，研究设计出一款五自由度的同位素分装机器人，使用该机器人来执行同位素制品的分装工作，以避免放射性同位素对人体健康的伤害，并且有利于提高企业的生产效率。　　首先，从企业的实际生产需求出发，结合机器人的相关理论知识和工程实践经验，并且参考了国内外工业机器人机械结构特点的基础上，对同位素分装机器人的结构进行了分析和设计以及功能参数的拟定，完成了同位素分装机器人机械系统的方案设计。　　然后，基于所设计同位素分装机器人的机械本体尺寸，运用了标准的D-H参数法对同位素分装机器人的运动学进行分析，构建了同位素分装机器人各连杆的连杆坐标系，并建立运动学的数学模型，通过左乘齐次变换矩阵的逆矩阵的方法，推导出此类五自由度机器人逆运动学求解的方法。接着，对同位素分装机器人的轨迹规划的方法展开了一定的研究，主要研究在关节空间轨迹规划的三次多项式和五次多项式插值运算，并且研究在笛卡尔空间轨迹规划的直线插值运算以及对直线路径之间过渡问题进行了探讨。然后，分别对空间直线插值算法和空间圆弧插值算法进行了实现，并且构建了相应的数学模型，从而可以为连续路径的规划提供了一定的理论支撑。　　最后，基于同位素分装机器人的运动空间进行数学模型的建立和求解，采用蒙特卡萝法，使用Matlab绘制了同位素分装机器人的工作空间云图。在关节空间采用三次多项式插值算法和五次多项式插值算法，并在Matlab进行了轨迹规划的仿真，接着，对三次多项式和五次多项式插值的轨迹规划的优劣进行了对比分析。然后，在Matlab中对空间直线插值算法和空间圆弧插值算法分别进行了仿真实验，从而可以对路径规划的合理性和可行性进行直观地分析，并为同位素分装机器人进一步的研究奠定了一定的基础。