面對災害救援、地質勘測、核與輻射設備維修、有毒廢棄物處置等狹小、多障礙、高風險的作業(yè)環(huán)境,體型纖細且擁有冗余自由度的特種機器人具有極大的應用前景,未來有望成為極端環(huán)境下的作業(yè)主力。傳統(tǒng)關節(jié)式機器人其電機、減速器、傳感器及控制器均集成于關節(jié)模塊,整臂體積與質量大,難以滿足狹小空間操作要求。本文設計了一種機電分離、臂段輕質、可達域廣,且具備良好彎曲特性與靈活運動能力的繩索驅動分段聯(lián)動機器人,完成樣機研制并開展典型任務實驗。針對狹小空間作業(yè)環(huán)境的特點及需求,分析并確定了機器人的功能及性能要求,提出了一種分段聯(lián)動、段內全聯(lián)動的繩索機器人方案。整個機器人由操作臂和驅動箱組成,基于機電分離的思想,電機、傳感器及控制器集成于驅動箱中而無須直接暴露在惡劣環(huán)境中,作為運動部件的操作臂不包含電氣元件因而可適應極端環(huán)境。操作臂長1.55米,由4個臂段組成,具有8自由度運動能力,可穿越40毫米狹小空間。每個臂段由3根鋼絲繩驅動,臂段內的同向自由度彼此耦合聯(lián)動,確保了整臂彎曲時的外形曲率連續(xù)。驅動箱的設計上實現(xiàn)了12個電機按階梯狀立式排布,旋轉編碼器安裝在鋼絲繩繞過的輪軸處,提高了集成度,大大減小了尺寸,進一步...

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 研究背景及意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的主要研究內容
第2章 分段聯(lián)動機器人機械系統(tǒng)設計
    2.1 引言
    2.2 狹小空間作業(yè)任務分析及性能指標
        2.2.1 工作環(huán)境分析
        2.2.2 機器人性能指標
    2.3 機械系統(tǒng)總體設計方案
    2.4 操作臂設計
        2.4.1 自由度配置
        2.4.2 構型及聯(lián)動設計
        2.4.3 驅動繩索配置
    2.5 驅動箱設計
        2.5.1 驅動力分析
        2.5.2 電機選型
        2.5.3 構型設計
    2.6 關鍵零件強度校核及部件選型
        2.6.1 腔殼強度分析
        2.6.2 傳感器選型
        2.6.3 繩索選型
    2.7 本章小結
第3章 分段聯(lián)動機器人運動學建模及解耦分析
    3.1 引言
    3.2 運動學關系分析
    3.3 關節(jié)空間與操作空間映射
        3.3.1 正運動學分析
        3.3.2 逆運動學分析
    3.4 關節(jié)空間與繩驅空間映射
    3.5 關節(jié)空間與繩驅空間解耦分析
    3.6 本章小結
第4章 分段聯(lián)動機器人控制系統(tǒng)設計
    4.1 引言
    4.2 控制系統(tǒng)總體方案
    4.3 控制系統(tǒng)硬件設計
    4.4 控制系統(tǒng)軟件設計
        4.4.1 下位機軟件設計
        4.4.2 上位機軟件設計
    4.5 本章小結
第5章 分段聯(lián)動機器人樣機與實驗
    5.1 引言
    5.2 樣機組裝
        5.2.1 部件集成
        5.2.2 整機搭建
    5.3 樣機實驗
        5.3.1 臂段聯(lián)動實驗
        5.3.2 末端重復定位精度實驗
        5.3.3 三維空間運動能力實驗
        5.3.4 末端直線跟蹤實驗
        5.3.5 復雜環(huán)境越障實驗
    5.4 本章小結
結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝



本文編號：3751655