仿人服務(wù)機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計及動態(tài)響應(yīng)優(yōu)化.pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)不斷發(fā)展，服務(wù)機(jī)器人在迎賓、助老助殘等方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要目的是設(shè)計一款輕質(zhì)量、高剛度的仿人服務(wù)機(jī)器人手臂。由于仿人機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)參數(shù)受到人類手臂結(jié)構(gòu)和尺寸的限制，同時還要求機(jī)器人手臂在工作的過程中具有良好的動態(tài)特性。因此，對設(shè)計出的機(jī)器人手臂進(jìn)行固有特性分析和動態(tài)響應(yīng)優(yōu)化，對降低機(jī)器人手臂的振動問題、保障其工作的平穩(wěn)性具有重要的理論價值和實際指導(dǎo)意義。本文的意義在于采用先進(jìn)的動態(tài)設(shè)計取代傳統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計，在設(shè)

2、計階段就綜合考慮影響機(jī)器人手臂工作穩(wěn)定性的多種因素，目的是設(shè)計出一款工作穩(wěn)定、振動小的服務(wù)機(jī)器人手臂。綜合運(yùn)用人體工程學(xué)、人體測量學(xué)、多體系統(tǒng)動力學(xué)以及優(yōu)化設(shè)計方法，對服務(wù)機(jī)器人手臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、固有特性分析以及動態(tài)響應(yīng)優(yōu)化。具體研究工作如下：
　　①詳細(xì)介紹最近幾年國內(nèi)外服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展趨勢和增長態(tài)勢，以及本文的選題背景和研究意義。闡述國內(nèi)外對機(jī)器人動態(tài)特性分析的研究現(xiàn)狀，主要是對機(jī)器人進(jìn)行模態(tài)分析和動態(tài)響應(yīng)與激勵之間的關(guān)系研究

3、。介紹目前國內(nèi)服務(wù)機(jī)器人手臂存在的問題，并對本文在機(jī)器人手臂設(shè)計過程中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)加以介紹。
　?、趯θ祟愂直鄹鱾€關(guān)節(jié)自由度數(shù)目和運(yùn)動范圍加以研究，確立仿人服務(wù)機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)參數(shù)和設(shè)計要求。根據(jù)服務(wù)機(jī)器人的實際應(yīng)用場合和功能要求，設(shè)計出五自由度機(jī)器人手臂。并根據(jù)《中國成年人人體尺寸》確立機(jī)器人手臂的上臂和前臂尺寸。最后運(yùn)用Pro/E三維實體建模軟件建立機(jī)器人手臂的三維裝配模型。
　?、圻\(yùn)用D-H參數(shù)法建立機(jī)器人手臂的連

4、桿坐標(biāo)系，求得相鄰連桿之間的變換矩陣和正運(yùn)動學(xué)方程，并將特定的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角代入正運(yùn)動學(xué)方程，以此驗證正運(yùn)動學(xué)方程的正確性。根據(jù)變換矩陣和正運(yùn)動學(xué)方程，運(yùn)用反變換法求得服務(wù)機(jī)器人手臂的運(yùn)動學(xué)逆解。
　?、苓\(yùn)用參數(shù)化建模思想建立機(jī)器人手臂的參數(shù)化模型，并根據(jù)有限元理論和多體動力學(xué)理論建立機(jī)器人手臂剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型。運(yùn)用 ADAMS軟件對機(jī)器人手臂進(jìn)行模態(tài)分析和強(qiáng)迫振動分析，得到機(jī)器人手臂的模態(tài)頻率和固有振型，以及機(jī)器人手臂末端加速度、速