發(fā)布時間：2021-11-17 01:06

　　連續(xù)型機械臂具有運動靈活、可適應多障礙環(huán)境、柔性關節(jié)等特點,能在有限、狹小、危險空間內作業(yè),在復雜設備維護方面將會有極大的應用價值。當前連續(xù)性機械臂主要采用電機驅動,其末端承載能力有限,一般小于5 kg。設計一種采用液壓驅動的連續(xù)型機械臂,關節(jié)間采用金屬材料,并使用萬向節(jié)連接。分析了其運動學模型,并搭建了實驗系統(tǒng)驗證模型正確性。 

【文章來源】：液壓與氣動. 2017,(09)北大核心

【文章頁數】：4 頁

【部分圖文】：

機械臂工作原理

液壓與氣動2017年第9期少需要3根驅動繩才能驅動機械臂向任意方向彎曲。通過對機械臂的運動學建模，只要找出不同姿態(tài)下鋼絲繩位移的對應關系，即可通過拉伸鋼絲繩驅動整節(jié)機械臂。圖1機械臂工作原理圖2機械臂結構設計2運動學模型連續(xù)型機械臂由于其結構的特殊性，傳統(tǒng)的D-H法已不再適用。JONES等［7］利用修正的D-H方法實現對連續(xù)型機器人的運動學建模和分析。通過分析連續(xù)曲線的幾何特征來進行建模。連續(xù)曲線是連續(xù)型機械臂運動學建模的常用方法，可將多段機械臂看成是一光滑圓弧，機械臂在以任意角度彎曲時，圓弧長度不變，僅曲率發(fā)生變化，由此可計算出關節(jié)彎角與驅動繩長之間的關系。進行分析時需要進行如下假設:①假設機械臂關節(jié)在彎曲時曲率處處相等;②假設在運動過程忽略重力對機械臂的影響;③脊椎結構的小關節(jié)相對于中心支撐物是固定的，在彎曲時僅發(fā)生橫截面方向的彎曲，不發(fā)生扭轉。如圖3所示，在初始關節(jié)和末端關節(jié)原盤處分別建立坐標系O1、O2，z軸均垂直于圓盤，在機械臂彎曲時，將多段關節(jié)組成的中軸線看成一光滑曲線，在往任意方向彎曲時，曲線始終保持在一個平面O1、O0、O內，此時兩坐標系所成角度θ為彎曲角，彎曲平面O1、O0、O與z1所成的夾角。連續(xù)曲線的長度為s，關節(jié)盤上驅動繩到中心的距離為d，根據幾何關系可計算出:l1=s－d·θ/2·cosφ(1)l2=s－d·θ/2·cos(φ+2π/3)(2)l3=s－d·θ/2·cos(－φ+2π/3)(3)l1+l2+l3=3s(4)式中，l1、l2、l3分別為3根驅動線的位移;θ為彎曲角;φ為方向角;θ∈［0，π/2］，φ∈［0，π);s為連續(xù)曲線長度;d驅動線所在圓的直徑。圖3機械臂運動學模型由以上關系可以看出，3根去驅動線的位移?

?諭?我夥較蟯?曲時，曲線始終保持在一個平面O1、O0、O內，此時兩坐標系所成角度θ為彎曲角，彎曲平面O1、O0、O與z1所成的夾角。連續(xù)曲線的長度為s，關節(jié)盤上驅動繩到中心的距離為d，根據幾何關系可計算出:l1=s－d·θ/2·cosφ(1)l2=s－d·θ/2·cos(φ+2π/3)(2)l3=s－d·θ/2·cos(－φ+2π/3)(3)l1+l2+l3=3s(4)式中，l1、l2、l3分別為3根驅動線的位移;θ為彎曲角;φ為方向角;θ∈［0，π/2］，φ∈［0，π);s為連續(xù)曲線長度;d驅動線所在圓的直徑。圖3機械臂運動學模型由以上關系可以看出，3根去驅動線的位移均與彎曲角和方向角相關，即驅動線位移存在運動耦合，在運動時驅動繩需滿足以上關系才能保持姿態(tài)。從式(4)中可看出，3根繩的位移之和始終保持不變，也就是3根驅動繩位移變化量之和始終為0。機械臂的執(zhí)行器安裝在末端，通過機械臂的彎曲使得末端到達指定位置，其末端能到達的所有位置的集合也就是機械臂的運動空間。假設單節(jié)機械臂的長度為600mm，彎角和轉動角范圍是(0，180°］，［0，360°)，通過計算轉角和空間坐標的關系，可以得到式(5)～式(7)，即不同轉角下機械臂末端對應的所有空間點的坐標，將末端能達到的店繪出即可得到單機械臂的運動空間，在MATLAB中編程繪制出機械臂的運動空間如圖4所示［8］，可見機械臂運動空間為一近似球面，在增加多節(jié)機械臂后，運動空間則會近似球面變?yōu)榭臻g，實用性會得到增強。x=sθ·cosφ·(1－cosθ)(5)y=sθ·sinφ·(1－cosθ)(6)z=sθ·sinθ(7)14?????????????????????????????????????????????????

【參考文獻】：
碩士論文
[1]連續(xù)型腹腔內窺鏡機器人的運動仿真與優(yōu)化研究[D]. 劉陽輝.廣東工業(yè)大學 2013



本文編號：3499923