帶機械臂的輪式移動服務機器人的研究與設計.pdf

1、輪式移動服務機器人已成為機器人領域中的一個重要分支，在軍事和服務業(yè)場合中，越來越多的需要機器人通過接受遠程命令或自主執(zhí)行預先設定的命令來完成任務。本文對帶機械臂的輪式移動服務機器人進行了設計與研究，特別是在機械臂、電機驅(qū)動器和定位系統(tǒng)方面給出了具體實現(xiàn)方法，并進行了仿真和實驗。
　　首先，對機器人的體系結構進行了分析，采用一種混合式體系結構，該體系結構解決了包容式體系結構與分層式體系結構的不足；據(jù)此對機器人的控制系統(tǒng)和機械結構進行

2、了總體設計，該總體設計為今后機器人在功能上的增補提供了方便；在機械臂與定位這兩個關鍵技術問題上提出了總體研究方案。
　　其次，對機械臂進行了結構設計和運動學分析。機械臂的結構設計是以功能需求為指導，輕型化和低轉(zhuǎn)動慣量為目的，采用電機直接驅(qū)動關節(jié)的方式進行的；針對機械臂的逆運動學問題，采用一種混合代數(shù)法和幾何法的計算方法，該方法減少了求解的計算量；針對機械臂的運動軌跡規(guī)劃問題，采用三次B樣條插值的方法進行計算，并通過仿真驗證了該方法

3、的可行性。
　　再次，針對市場上電機驅(qū)動器價格高和不兼容I2C通信問題，對機械臂的電機驅(qū)動器進行了設計，包括硬件電路和軟件算法兩方面。在硬件電路上采用了模塊化的設計思想，在軟件算法上采用了速度控制算法和位置控制算法。
　　接下來，通過建立三輪結構式移動機器人的運動模型，對機器人的坐標系以及位姿進行構建和描述；設計出一種基于多傳感器的定位系統(tǒng)，解決了采用單種傳感器缺乏信息量的問題；在融合里程計與陀螺儀的數(shù)據(jù)算法上，采用卡爾曼濾