一种基于六自由度机械臂的电磁驱动机械手

• 作 者: 殷文佳
• 机 构: 北京工业大学
• 出 处: 北京工业大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 机械臂 电磁驱动 六自由度 轨迹规划

随着科学技术的进步和社会的发展，机械手臂的研究和应用越来越朝着多元化的方向发展，已逐渐渗透到工业生产和制造、日常生活及教育娱乐等各个领域。机械臂是机器人最主要的执行机构，具有时变、强祸合、非线性等特点，对于它的研究有着重要的意义。机械臂系统主要包括机械构型、硬件控制、软件操作、算法编写四个部分，各个部分需要互相协调来完成工作，各部分都是紧密联系、缺一不可的。　　第一部分介绍了国内外机械臂的发展研究历程，对现阶段机械臂技术发展的最为关键的几个要素作了分析，并详细阐述了本文的研究背景和意义，根据本文的实际情况，详细介绍了研究方案和思路。　　第二部分描述了本论文中基于六自由度机械臂的电磁驱动机械手的工作环境，设计了一套机械臂的结构方案，并估算出各关节的负载力矩，从而对机械臂的各个关节所需的电机进行了选型。根据控制要求将系统的硬件系统设计分为单片机电路、电机驱动电路、机械手驱动电路和电源管理电路等。　　第三部分对机械臂做了详细的位姿描述，并采用标准的D-H建模方法，针对本文的机械臂，建立了相应的数学模型。然后又着重解析了机械臂的正、逆运动学。最后，使用基于Matlab平台下的Robotics Toolbox机器人工具箱对正逆运动学进行了仿真。　　第四部分主要分析了机械臂在关节空间中轨迹规划的两种实现方法:三次多项式插值和高阶多项式插值。又在笛卡儿空间中，采用了空间直线和空间圆弧插补算法对机械臂进行了轨迹规划，仔细地介绍了这两种轨迹计划的实现算法，并且对种插补算法进行了仿真实验。　　第五部分介绍了电磁驱动机械手部分的主要内容，分析了机械手的结构设计和工作原理，并对机械手的电磁力进行了理论计算，利用Matlab对各个参数对电磁吸力的影响进行了分析，最后，采用JMAG软件对电磁驱动机械手做了三维静态仿真。