仿人機(jī)器人肩肘腕關(guān)節(jié)及臂的設(shè)計(jì).pdf

1、本文研究了仿人機(jī)器人肩、肘、腕關(guān)節(jié)的工作空間、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、尺度綜合及臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)與軌跡規(guī)劃等問題。論文取得了如下成果：
　　設(shè)計(jì)了一種新型七自由度混聯(lián)擬人臂，其肩關(guān)節(jié)采用正交球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)分別采用正交兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，三個(gè)關(guān)節(jié)通過串聯(lián)構(gòu)成了3-2-2布局形式的擬人臂。該擬人臂兼顧了并聯(lián)機(jī)構(gòu)和串聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，操作范圍大、承載能力強(qiáng)、動(dòng)力學(xué)特性和運(yùn)動(dòng)靈活性好。
　　建立了肩關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的位置反解模型，給出了考

2、慮驅(qū)動(dòng)副轉(zhuǎn)角范圍、連桿干涉等約束條件下的位置反解，利用三維邊界搜索法，繪制了肩關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作空間三維圖。定義了機(jī)構(gòu)的工作空間評(píng)價(jià)指標(biāo)，定量分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)工作空間體積的影響。建立了肩關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的速度解析方程，定義了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，繪制了運(yùn)動(dòng)學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)在空間的分布情況。建立了機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上分析了該機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性。以全域靈巧度和全域驅(qū)動(dòng)性能指標(biāo)作為優(yōu)化對(duì)象，建立機(jī)構(gòu)的目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，采用遺傳算法得到了機(jī)構(gòu)的一

3、組優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，考慮加工及裝配工藝，設(shè)計(jì)并研制了一種擬人機(jī)器人肩關(guān)節(jié)。
　　建立了肘關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的位置正反解模型，定義了工作空間的評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于帶約束條件的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解方程，定量分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)工作空間體積的影響。建立了肘關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的速度和加速度解析方程，同時(shí)運(yùn)用影響系數(shù)法得到其Jacobian矩陣和Hessian矩陣，定義了速度及加速度特性作為機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)特性評(píng)價(jià)及分析。建立了肘關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力矩與系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參

4、數(shù)之間的動(dòng)力學(xué)關(guān)系模型。以全域靈巧度和全域驅(qū)動(dòng)性能指標(biāo)作為優(yōu)化對(duì)象，采用遺傳算法得到機(jī)構(gòu)的一組優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，考慮加工及裝配工藝，以正交5R并聯(lián)機(jī)構(gòu)為機(jī)構(gòu)原型，設(shè)計(jì)并研制了一種擬人機(jī)器人肘關(guān)節(jié)。
　　提出一種腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，建立了這種機(jī)構(gòu)的位置關(guān)系方程，給出了腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作空間三維圖，定量分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)工作空間體積的影響。建立了腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的速度和加速度解析方程及動(dòng)力學(xué)模型，定義了腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的多項(xiàng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，繪出并分析