本文選題：輕型機械臂　切入點：模塊化關(guān)節(jié)　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：傳統(tǒng)的工業(yè)機器人本體笨重,負載自重比低,主要面向工業(yè)制造開發(fā),無法滿足事故救援、空間探測、家庭服務(wù)、醫(yī)療輔助和核設(shè)施維護等應(yīng)用場合,而輕型機械臂有著結(jié)構(gòu)緊湊、負載自重比高、安裝維護方便和操作簡單等優(yōu)點,能夠很好的滿足市場需求,是下一代機器人的重點研究方向之一。本文開展了對輕型機械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計的研究。首先,通過對目前輕型機械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和控制系統(tǒng)方案進行總結(jié),為后面的設(shè)計打下基礎(chǔ)。其次,確定機械臂的設(shè)計指標,以此為方向,提出模塊化關(guān)節(jié)的設(shè)計方案,將驅(qū)動器,驅(qū)動器控制器,傳動機構(gòu)、傳感器等集成在一個關(guān)節(jié)內(nèi),在此基礎(chǔ)之上,完成對關(guān)節(jié)驅(qū)動器、驅(qū)動器控制器和傳動系統(tǒng)進行了選型,并采用電磁鐵和擋圈的方案實現(xiàn)了斷電制動器。采用分布式結(jié)構(gòu)的控制方案,將關(guān)節(jié)控制器與主控制器分離,在電氣系統(tǒng)上提高了關(guān)節(jié)的模塊化水平。采用常見的D-H參數(shù)對機械臂進行數(shù)學(xué)建模,推導(dǎo)機械臂的正逆解公式,并利用MATLAB工具采用統(tǒng)計模擬方法對機械臂的可達空間進行模擬。最后,搭建了單關(guān)節(jié)測試平臺,對單關(guān)節(jié)位置精度和負載能力進行驗證,并利用三坐標測量儀對機械臂整機未帶負載的重復(fù)定位精度進行了測試,測試結(jié)果表明機械臂樣機重復(fù)定位精度較高,達到設(shè)計要求。因此,采用模塊化關(guān)節(jié)和分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計方案,機械臂開發(fā)迅速且性能較好。
[Abstract]:Traditional industrial robots are bulky with low load-to-weight ratio. They are mainly oriented to industrial manufacturing and development. They are unable to meet the needs of accident rescue, space detection, home service, medical assistance and nuclear facilities maintenance and so on. The light mechanical arm has the advantages of compact structure, high load to weight ratio, convenient installation and maintenance, simple operation, and so on, which can meet the market demand very well. It is one of the key research directions of the next generation robot. In this paper, the structure design and control system design of light manipulator are studied. Firstly, the structure design method and control system scheme of light manipulator are summarized. Secondly, the design index of the manipulator is determined, and in this direction, the modular joint design scheme is put forward, which integrates the driver, driver controller, transmission mechanism, sensor and so on into one joint. On this basis, the selection of joint driver, driver controller and transmission system is completed, and the scheme of electromagnet and ring is adopted to realize the power off brake, and the control scheme of distributed structure is adopted. The joint controller is separated from the main controller and the modularization level of the joint is improved in the electrical system. The common D-H parameters are used to model the manipulator, and the formula of the forward and inverse solutions of the manipulator is deduced. Finally, a single joint testing platform is built to verify the position accuracy and load capacity of single joint. The precision of repeated positioning without load is tested by using the coordinate measuring instrument. The test results show that the precision of repetitive positioning of the prototype of the manipulator is high, which meets the design requirements. With the design of modular joint and distributed control system, the manipulator is developed quickly and has good performance.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP241

【參考文獻】

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本文編號：1563875