面向生物采樣的移動(dòng)機(jī)械臂設(shè)計(jì)及控制.pdf

1、近些年來，新發(fā)突發(fā)的傳染疾病日益頻繁，恐怖分子利用生物化學(xué)武器進(jìn)行恐怖襲擊的事件日益增多，為了能夠評(píng)估污染范圍，探明污染源種類并采取針對(duì)性的措施，需要進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域完成空氣、土壤、水源的采樣，利用生物采樣移動(dòng)機(jī)械臂代替工作人員在前方完成危險(xiǎn)物的采樣，可以大大地減少環(huán)境對(duì)工作人員的傷害，因此研究一款面向生物采樣的移動(dòng)機(jī)械臂就有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。本文圍繞生物采樣的任務(wù)要求，進(jìn)行生物采樣機(jī)械臂、采樣手爪和采樣工具的設(shè)計(jì)，并研究基于ROS的生物采樣

2、機(jī)械臂的控制系統(tǒng)，進(jìn)行控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)和硬件平臺(tái)的搭建，進(jìn)行生物采樣實(shí)驗(yàn)的研究。
　　首先，在對(duì)國內(nèi)外典型的移動(dòng)機(jī)械臂的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合生物采樣的任務(wù)要求和流程規(guī)劃的特殊性，進(jìn)行生物采樣機(jī)械臂的自由度的確定和構(gòu)型的選擇，完成采樣臂的總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定五自由度采樣機(jī)械臂的構(gòu)型。在此基礎(chǔ)上針對(duì)生物采樣多樣性的特殊功能需求，確定模塊化采樣工具方案，開展緊湊型采樣手爪、采樣容器底座、采樣容器以及針對(duì)深水、表面液體、土壤、沙土、拾取物等

3、五種采樣目標(biāo)的專用采樣工具的研究。
　　然后，進(jìn)行五自由度采樣機(jī)械臂的正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的建模，在此基礎(chǔ)上，通過蒙特卡洛法繪制采樣臂的工作空間，確定各關(guān)節(jié)的角度范圍。進(jìn)而開展平面三連桿操作臂的靈活角度分布研究，確立生物采樣的任務(wù)空間。然后進(jìn)行五自由度采樣機(jī)械臂的尺度綜合，基于雅克比矩陣條件數(shù)和任務(wù)空間構(gòu)建操作性能優(yōu)化函數(shù)，分析桿件約束條件，得到最優(yōu)的一組采樣臂桿件參數(shù)。
　　隨后，分析采樣機(jī)械臂的控制系統(tǒng)的需求，進(jìn)行軟件功能

4、分解，在Linux操作系統(tǒng)（Ubuntu）和機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）的框架下，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟件構(gòu)架和實(shí)現(xiàn)方案。在此基礎(chǔ)上，開展機(jī)器人與遠(yuǎn)程遙控之間的通用接口程序的開發(fā)；建立基于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的多軸運(yùn)動(dòng)控制程序，進(jìn)行多種軌跡插補(bǔ)算法的應(yīng)用研究；并且針對(duì)超視覺遙控，建立基于RVIZ的采樣臂可視化虛擬控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂動(dòng)作實(shí)時(shí)顯示和運(yùn)動(dòng)仿真的功能。
　　最后，進(jìn)行采樣臂控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)的搭建和實(shí)驗(yàn)研究，基于ROS和PMAC，構(gòu)建控制系統(tǒng)