多自由度机器人的设计与研究.pdf

中国科学技术大学
硕士学位论文
多自由度机器人的设计与研究
姓名:李健
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:杨杰
20090501
摘要机器人是近几十年来才迅速发展起来的,最为典型的机电一体化产品,它现在被应用在人类生活的各个方面,其中小型化、轻量化和多功能的排爆机器人,在军事上极具应用和研究价值。正是因为这个原因,本文设计和研究了一个轻型的多关节机器人,它可以安装在实验室已有的移动平台上,构成排爆机器人,.从而实现更大的用途。本文在研究了国内外众多相关机器人的基础上,根据项目要求设计了机器人的整体方案和具体的机械结构,机器人为五个自由度关节型串连机器人,全部采用转动关节,关节处采用行星齿轮减速器和蜗轮蜗杆机构的两级减速机构来增加速比,从而以小的机构获得大的减速比,由直流电机驱动。为了进一步的控制上的需要,在已得到的机器人三维模型的基础上,本文对机器人进行了运动学方面的研究,包括建立了机器人连杆坐标系以及参数表:推导出机器人的正、逆运动学矩阵方程;得到了正、逆运动学方程的解;并且用软件中的呦涠云浣辛朔抡妗本研究采用的两级控制方式,上层用机进行轨迹的规划以及运动学求解,并将求得的结果通过串口传给下层执行;下层为自制的运动控制器,以双酒:诵模刂坪颓鞲龅缁捎酶呔ǘ鹊墓獾绫嗦肫髯魑K俣群位置的反馈元件,从而带动各个关节运动,能够实现位置控制、速度控制以及电流的控制。研究了单关节的刂扑惴ǎ⒍云浣辛朔抡妫玫浇侠硐氲慕果。另外,本文还对控制系统的软件系统进行了总体的描述。最后,对机器人系统进行了简单的试验,并和仿真结果进行了对比,得到了满意的结论。以上所做的研究以及得出的结论和数据都为进一步的工作奠定了基础。关键词:五自由度机器人机构设计运动学分析仿真两级控制摘要
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作者签名:基建川年占月弓日论文原创性和授权使用声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权,即:学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。
第一章绪论研究背景国内外机器人研究状况机器人是二十世纪人类最伟大的发明之一,人类对于机器人的研究由来已速发展,机器人技术也随之进入高速发展阶段,成为综合了计算机、控制论、机质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合,是当代研究十分活跃,应用日益广泛的领域。机器人应用水平是一个的重要标志机器人技术的研究在经历了第一代示教再现型机器人和第二代感知型机器人两个阶段之后进入第三代智能机器人的发展阶段,军用上的排爆机器人是智能移动机器人领域一个重要的研究方向。排爆机器人是一种地面移动型机器人,属于特种机器人的一种,一般体积不则用以执行诸如排除爆炸物、战场信息收集的任务,稍加改造,即可加装单兵武器用于武装巡逻、战斗执勤等高危险任务。一般来说,排爆机器人是由一个机械臂和一个可移动平台组成,移动平台保证排爆机器人顺利到达指定地点,有轮式备口儿钔。其中机械臂是整个排爆机器人系统的重要组成部分,是执行部件,所以目前,国外的排爆机器人比较先进,已经用于战争,而且收到很好的效果,但是价格比较昂贵,检修维护等均不方便:我国在这方面也取得了一定的成绩,于这些原因,研究小型排爆机器人有很实际的意义。.饣魅朔⒄棺纯机器人主要分为两类:工业机器人以及其他特种机器人,自年美国推出世界上第一台秃蚔凸ひ祷魅艘岳矗魅嗽诠ひ捣⒋锕久。上世纪年代之后,计算机技术、控制技术、传感技术和人工智能技术迅构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术。其本大,转动灵活。在反恐领域可用来执行诸如反恐防爆的任务;战场上排爆机器人和履带式两种;作业型手臂能够快速和稳定的抓取到危险品等,还可携带武器装机械臂设计的好坏将影响到整个系统的性能。但是整体水平还比较落后。另外,排爆机器人的小型化是未来重要研究方向。基
爹麓誊㈦曩得到了迅速发展。根据国际工业机器人联合会凹改甑脑げ狻:到年本将拥有万台,占全世界机器人总数的%左右,继续保持“机器人王国”的家的机器人产业也发展得很快。例如,在美国,—年间的机器人台数增加倍以上。。在亚洲,韩国的机器人产业发展也很迅速,、韩国和新加坡的