面向核電救災的機械臂開門擰閥門力學測試平臺研究.pdf

1、隨著機器人技術(shù)的不斷進步，越來越多的機器人被應用到軍事、航天、醫(yī)療等領(lǐng)域。日本福島核事故發(fā)生后，眾多先進機器人被投入到救援當中，救援過程展現(xiàn)出了機器人的優(yōu)勢，也暴露出了機器人在復雜環(huán)境下作業(yè)的許多問題。本文將針對核事故救援當中的常見工作任務設(shè)計一款具有六自由度機械臂的力學測試平臺，主要完成以下工作。
　　首先，完成了力學測試平臺的方案設(shè)計。從硬件組成、軟件組成及通信接口三個方面分別進行設(shè)計。對市面上銷售的常見機械臂進行了分析并選型

2、。對末端主要任務及受力狀態(tài)進行分析選擇合適的力傳感器。完成電源及移動機構(gòu)的選擇。對機械臂與移動機構(gòu)之間的連接部分的主要尺寸進行分析設(shè)計。通過對雅閣比矩陣奇異性分析獲得滿足要求的末端布置位置。
　　其次，推導了六自由度機械臂的運動學模型。通過分析關(guān)節(jié)角速度對末端運動速度的貢獻計算了雅閣比矩陣的顯式表達。運動拉格朗日方法計算了機械臂的動力學方程，編寫了相應程序。完成了對機械臂末端力傳感器初始數(shù)值的補償，可通過力傳感器準確獲得機械臂末端

3、的接觸力。
　　然后，運用設(shè)計的力學測試平臺及推導的數(shù)學模型進行開門動作分析。規(guī)劃了開門過程中笛卡爾空間的軌跡。選取了兩種不同的開門姿態(tài)進行對比，分析了兩種姿態(tài)開門過程中關(guān)節(jié)受力情況及運動情況。對按門把手過程進行仿真，分析了不同機械臂布置位置、不同質(zhì)量、不同摩擦因數(shù)對按門把手過程的影響。分析了機械臂工作空間對擰閥門高度的影響，對擰閥門過程進行了仿真。
　　最后，對機械臂要實現(xiàn)的三個主要任務：開門、擰閥門、更換末端裝置進行了分