雙等速傳動(dòng)球型腕運(yùn)動(dòng)性能分析及力控制研究.pdf

1、隨著各學(xué)科的發(fā)展與融合促進(jìn)了智能機(jī)器人技術(shù)的革新，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，從工業(yè)制造向宇航、醫(yī)療服務(wù)等迅速擴(kuò)展。相對(duì)于制造行業(yè)而言，這些領(lǐng)域的工作環(huán)境具有非結(jié)構(gòu)化、危險(xiǎn)性大等特征，在這種復(fù)雜的環(huán)境下完成作業(yè)任務(wù)，這就對(duì)機(jī)器人的性能要求更為嚴(yán)格。手腕是連接機(jī)械臂和手的關(guān)鍵部件，承擔(dān)著實(shí)現(xiàn)機(jī)械手工作姿態(tài)的任務(wù)。其機(jī)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，挑戰(zhàn)性強(qiáng)，已成為機(jī)器人在極限環(huán)境下應(yīng)用和擴(kuò)展的瓶頸。為了提升機(jī)器人的作業(yè)能力，研究高性能腕部模塊具有重要的

2、意義。
　　本文提出一種雙球籠萬向節(jié)高集成三自由度雙等速傳動(dòng)解耦球型手腕，通過內(nèi)、外球籠萬向節(jié)換向傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)上、下偏置旋轉(zhuǎn)體合成俯仰、側(cè)擺以及懸浮端自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。闡述了手腕的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)傳遞關(guān)系，完成了雙等速傳動(dòng)解耦球型手腕的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立了低維度正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，研究了結(jié)構(gòu)解耦和雙等速傳動(dòng)解耦機(jī)理，推導(dǎo)了雅克比矩陣和奇異位形，通過運(yùn)動(dòng)仿真模塊驗(yàn)證了模型建立和定位的準(zhǔn)確性。與十字萬向節(jié)球型手腕比較，雙等速傳動(dòng)解耦降低了運(yùn)動(dòng)學(xué)的復(fù)雜

3、性，雅克比矩陣形式簡(jiǎn)單。
　　針對(duì)兩種不同傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的球型手腕，對(duì)手腕的運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行了分析和比較。推導(dǎo)了速度和加速度傳遞公式，通過施加一定的驅(qū)動(dòng)輸入，比較了兩種手腕的角速度和角加速度傳遞特性，評(píng)價(jià)了手腕的轉(zhuǎn)角輸出特性。定義了球型腕靜態(tài)角分辨率，通過分解運(yùn)動(dòng)沿經(jīng)線和緯線方向求解了手腕的靜態(tài)角分辨率，并進(jìn)行了比較。給定了球型腕可操作性指標(biāo)表達(dá)式，通過該量化指標(biāo)對(duì)Φ進(jìn)行了優(yōu)化，并評(píng)價(jià)了手腕的靈活性和運(yùn)動(dòng)能力。
　　提出了基于速度內(nèi)環(huán)