移动机械手结构设计.pdf

移动机械手结构设计李新春,易建强,赵冬斌,宋佐时—琙痗琘—琒猻弓贫教移动平台结构设计锌圃鹤远丛酉低秤胫悄芸蒲笛槭冶本摘要:移动机械手的研究日益受国内外的重视,我国在移动机械手的理论方面上做的工作较多,而在实践上做的较少。机器人的系统结构是决定机器人性能的关键因素之一,本文以我们实验室自行设计的移动机械手为研究对象,详细阐述了移动机械手贫教ḿ盎手南低辰峁埂⑿阅芗霸硕刂频取关键词:移动机械手;结构设计:运动控制;移动机器人,珻所谓移动机械手,就是将机械手安装在移动平台之上。这种结构使机械手拥有几乎无限大的操作空间和高度的运动冗余性,并同时具有移动和操作功能,这使它优于移动机器人和传统的机械手,因此在危险作业、制造业、服务业等行业具有广阔的应用前景。但由于结构复杂、强耦合、非线性、非完整性等问题的存在,都使得对移动机械手的研究具有相当的挑战性。近年来,对移动机械手的控制策略、运动规划等方面的研究已越来越受到国内外的重视,并已经取得了一些很有价值的研究成果【啊N夜谡夥矫嫫鸩浇贤恚芯慷嗉性诶论方面,目前还停留在仿真阶段。因此,设计制造~个实际的移动机械手平台,无论在理论上还是实践上都是非常有意义的。实际的移动机械手系统可能具有不同的外型结构及功能【“,但在原理、模型等方面往往具有相似性。本文将以实验室中新近设计装配的移动机械手为研究对象晗阐述系统的结构,论述将分为移动平台、机械手、运动控制等三个主要方面。移动平台本身就是通常所说的移动机器人,目前,可供选择的移动平台大体可分为三种:足式慊蚨嘧,履带式和轮式。前两种目前还处于实验阶段,尤其是足式机器人在技术上还不成熟、不完善。而轮式移动机器人因其控制简单,运动稳定等特点,已经大量应用:琁,:,甌,籹;籱疌—骻譮∞。因此我们设计移动机械手的移动平台时就选择了轮式移动平台。根据运动平台的运动特性,又可以把移动平台分为两种:全方位移动机器人和非全方位移动机器人。常见的移动机器人多为差分驱动型或型,其成本较低容易制作,但不可避免的引入了非完整约束,给规划和控制带来了困难。若移动平台具有前后、左右、及白转鲎杂啥龋蛭Hǚ轿灰贫魅耍裨蚣次7侨ǚ轿灰贫魅恕N颐撬捎玫氖侨方位移动平台,其具有平面运动的所有的鲎杂啥龋皇芊峭暾际庋陀肫渌湫移动机器人不同,没有了诸如转弯半径等的几何限制,因此具有良好的运动性能。这是我们设计的移动平台的一大优势。全方位移动机器人通常由三个或三个以上的偏心方向轮构成,我们所选用的全方位移动机器人是由对称分布的三个偏心方向轮构成,轮问夹角取J滴锿既缤所示,我们己对其运动学进行了分析,详见文献。移动平台所用电机均为伺服电机。车轮转向电机型号为残危跛俦任;车轮滚动电机型号为方形,,ü桓龆杂啥鹊牟疃窒道词迪帧3德值墓动不影响转向;但车轮转向时,若滚动电机没有补偿驱动,车轮的滚动会产生随动,二者的速比为:滚动电机补偿驱动聪蚯韵娑时,二个电机的驱动速比为我们所选用的是驱动器是瓺们鞑捎肞技术对直流电机进行调速。其适用电机的功率范围为,因此移动平台的转动、滚动电机均可选用该种驱动器。在移动平台的车轮上装有光电编码器,通过对车轮转动和滚动的记录可以大略地确定平台的当前位姿,这种方法虽然简单但不精确,当车轮与地面打滑时将产生误差,并且这种误差会随运动距离的