一种可重构模块化机器人系统的设计和研究

• 作 者: 岑龙
• 出 处: 燕山大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 模块化 机器人 仿真分析 重构

随着科技的发展,工业机器人将逐步取代人类用以完成各种繁琐复杂、危险度高的工作。然而由于工作环境的复杂化和任务的多样化,传统工业机器人的局限性就显得尤为突出,它难以满足多样化需求。针对这种情况,具备通用性强、扩展性高、制造成本低等特点的可重构模块化机器人应运而生。本文根据对机器人的不同功能要求,进行机器人的重构设计和研究,给出重构模式。对该重构机构的运动学、动力学进行分析仿真,面向实现的功能设计操作软件来完成控制。首先,根据对机器人功能的要求提出该机械臂的性能指标,确定它的总体设计方案以及可具备的构型。选择各自由度的代表构型,通过D-H法对它们进行运动学理论分析后,通过Matlab对它的正确性进行验证。通过蒙特卡洛法求解它的工作空间。其次,面向模块化要求,将机械臂分为转动模块、连接模块以及基座模块,对它们的机械结构进行设计。针对转动模块中的关键机构进行选择,完成辅助零件的设计。对完成设计的各模块进行三维建模,并完成机械臂的18种构型的三维装配。通过牛顿—欧拉法对机械臂的六自由度构型的动力学进行分析,建立动力学方程。利用Matlab软件编写程序,计算出关节力矩值;采用ADAMS进行仿真,检测出关节力矩值,将两者的力矩结果进行比较,证明动力学理论分析结果的正确性。针对机械臂的运动需求,选择分散式控制作为机械臂的控制方案,给出单关节的控制原理,搭建控制系统的硬件平台。利用Visual Basic为主要开发平台,结合Matlab及伺服驱动提供的API函数,开发机械臂控制系统应用软件。