行星采樣機械臂的結構設計與軌跡規(guī)劃.pdf

1、對外太空的探索是當前研究的一大熱點，其中行星采樣研究是非常重要的一環(huán)。本文主要研究一種輕量化低功耗行星采樣機械臂的結構設計和軌跡規(guī)劃，是中國處在火星探測計劃和探月工程大背景下的一次探索性研究。
　　首先根據(jù)任務需求，確定一個整體方案，設計的采樣機械臂具有4個自由度，均為旋轉關節(jié)，關節(jié)之間通過空心連桿連接，接著確定各關節(jié)的機械結構。設計的采樣機械臂可以展成三角形結構充當桅桿來支撐導航攝像頭，同時設計一種鎖定裝置確保這種三角形結構的穩(wěn)

2、定性，該設計方案大幅度降低了總體質量和能耗。同時還進行運動仿真檢查采樣機械臂運動過程中干涉和碰撞情況，借助有限元軟件分析采樣機械臂的強度和剛度，分析的結果表明設計符合要求。
　　接著根據(jù)設計的采樣機械臂的機械結構建立起運動學模型，通過D-H參數(shù)法推導出正運動學模型，以此為基礎求解采樣機械臂的工作空間，通過代數(shù)求解法推導出逆運動學模型，借助Robotics ToolBox工具箱進行運動學仿真，驗證其正確性。
　　其次以推導出的

3、運動學模型為基礎，分析采樣機械臂的軌跡規(guī)劃算法。在關節(jié)空間中分析并仿真三次多項式插值和五次多項式插值軌跡規(guī)劃算法。從仿真的結果看，三次多項式插值計算量較小，但是不能保證關節(jié)角加速度的連續(xù)性；五次多項式插值能夠保證關節(jié)角加速度的連續(xù)性，但是計算量比較大。在笛卡爾空間中分析空間直線插補和空間圓弧插補軌跡規(guī)劃算法，并進行這兩種插補算法的仿真實驗。
　　然后在Windows平臺上，借助Visual C++6.0開發(fā)采樣機械臂三維運動仿真軟

4、件。首先通過 MFC搭建軟件的整體框架，然后通過 OpenGL繪制采樣機械臂的三維簡化模型，最后將運動學的正逆解和四種軌跡規(guī)劃算法融入其中。該仿真軟件有效的驗證了運動學模型和軌跡規(guī)劃算法的正確性，同時還能夠直觀顯示軌跡規(guī)劃的仿真動畫，為物理樣機調試提供了很大的參考。
　　最后對采樣機械臂物理樣機進行調試實驗，首先搭建采樣機械臂的硬件平臺，包括控制器、驅動器和電機的連線，然后實現(xiàn)運動仿真軟件和控制器之間的通信，將仿真求解的數(shù)據(jù)發(fā)送給