隨著機器人技術(shù)的飛速發(fā)展,工業(yè)機器人廣泛的在各行各業(yè)開展應(yīng)用。傳統(tǒng)工業(yè)機器人由于缺少必要的柔性,不能適應(yīng)多樣化的任務(wù)需求,因而人們提出了可重構(gòu)模塊化機器人。此類機器人可重構(gòu)性好,可擴展性高,通用性強,能夠根據(jù)不同的場景組合出不同種類的機器人構(gòu)型,適應(yīng)各類工業(yè)生產(chǎn)及生活場景的應(yīng)用。本文針對模塊化機器人系統(tǒng)的設(shè)計展開研究,主要包括以下內(nèi)容:充分調(diào)研市場需求和行業(yè)研究現(xiàn)狀,分析總結(jié)模塊化機器人系統(tǒng)分類及特點,提出線性運動模塊的設(shè)計需求。提出了模塊化機器人驅(qū)動關(guān)節(jié)有效行程/轉(zhuǎn)角比和機構(gòu)有效工作空間比的概念。分析了旋轉(zhuǎn)運動模塊和線性運動模塊兩類主動驅(qū)動模塊組合構(gòu)型下,各自由度重構(gòu)機器人構(gòu)型的機構(gòu)有效工作空間比與驅(qū)動模塊有效行程/轉(zhuǎn)角比的關(guān)系,明確高行程比線性運動模塊的設(shè)計目標。設(shè)計了兩個版本的線性運動模塊結(jié)構(gòu),采用絲桿傳動和結(jié)構(gòu)零部件堆疊的方式提升線性運動模塊的有效行程比,實現(xiàn)既定設(shè)計任務(wù)。從機構(gòu)自由度的角度,分析梳理了在單自由度、兩自由度、三自由度及多自由度機器人構(gòu)型條件下,適用于本文線性運動模塊的可重構(gòu)組合方式,并實現(xiàn)模型的裝配搭建。設(shè)計了一款全向自適應(yīng)軟體搖桿機器人控制器模塊。首先,設(shè)計一... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

模塊化機器人系統(tǒng)示意圖

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文由度，模塊內(nèi)部配置控制電路與通信線纜，實現(xiàn)了機械結(jié)構(gòu)、電子硬件、控制方法及軟件等模塊的可重構(gòu)。通過串聯(lián)方式，模塊組合成了多自由度機械臂構(gòu)型。圖1-2CMU-RMMS模塊化機器人示意圖[11–13]美國的RoboticsResearchCorporation設(shè)計出一系列轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)模塊[14]。如圖1-3所示。驅(qū)動模塊分為側(cè)滾關(guān)節(jié)、俯仰關(guān)節(jié)以及末端帶執(zhí)行器機械接口的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)三類轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)模塊。多類型的關(guān)節(jié)模塊設(shè)計增加了組合結(jié)構(gòu)的多樣性。模塊通過串聯(lián)方式組合成了多自由度的機械臂。圖1-3RRC轉(zhuǎn)動模塊及串聯(lián)機械臂組合構(gòu)型示意圖[14]此類實現(xiàn)串聯(lián)機械臂構(gòu)型的轉(zhuǎn)動模塊設(shè)計在工業(yè)場景也應(yīng)用廣泛。例如雄克、科爾摩根、UR、大族等公司均設(shè)計了相關(guān)模塊[15–18]。如圖1-4所示，科爾摩根公司設(shè)計了一款協(xié)作機器人模塊，其為單自由度轉(zhuǎn)動模塊，通過連桿模塊的連接，可以組合成多自由度機械臂構(gòu)型，給末端安裝不同的夾持器就可以應(yīng)用于不同的工作場景[16]。UR機器人也是模塊化關(guān)節(jié)的設(shè)計思路，系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，只需要更換單獨的模塊，方便系統(tǒng)維護[17]。大族激光設(shè)計的模組具有兩個自由度，在組合及構(gòu)型結(jié)果的性能上更具優(yōu)勢。雄克公司也有多種類型的轉(zhuǎn)動模塊，可以組合成機械臂或應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域[18]。廣東工業(yè)大學管怡生等人于2009年設(shè)計了工業(yè)級的可重構(gòu)機器人模塊系統(tǒng)[19]。如圖1-5所示，其中包括了I型轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、T型轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、夾持器關(guān)節(jié)、基座關(guān)節(jié)等。并構(gòu)造出單自由度云臺機器人、SCARA機器人、多自由度機械臂、雙-5-

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文由度，模塊內(nèi)部配置控制電路與通信線纜，實現(xiàn)了機械結(jié)構(gòu)、電子硬件、控制方法及軟件等模塊的可重構(gòu)。通過串聯(lián)方式，模塊組合成了多自由度機械臂構(gòu)型。圖1-2CMU-RMMS模塊化機器人示意圖[11–13]美國的RoboticsResearchCorporation設(shè)計出一系列轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)模塊[14]。如圖1-3所示。驅(qū)動模塊分為側(cè)滾關(guān)節(jié)、俯仰關(guān)節(jié)以及末端帶執(zhí)行器機械接口的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)三類轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)模塊。多類型的關(guān)節(jié)模塊設(shè)計增加了組合結(jié)構(gòu)的多樣性。模塊通過串聯(lián)方式組合成了多自由度的機械臂。圖1-3RRC轉(zhuǎn)動模塊及串聯(lián)機械臂組合構(gòu)型示意圖[14]此類實現(xiàn)串聯(lián)機械臂構(gòu)型的轉(zhuǎn)動模塊設(shè)計在工業(yè)場景也應(yīng)用廣泛。例如雄克、科爾摩根、UR、大族等公司均設(shè)計了相關(guān)模塊[15–18]。如圖1-4所示，科爾摩根公司設(shè)計了一款協(xié)作機器人模塊，其為單自由度轉(zhuǎn)動模塊，通過連桿模塊的連接，可以組合成多自由度機械臂構(gòu)型，給末端安裝不同的夾持器就可以應(yīng)用于不同的工作場景[16]。UR機器人也是模塊化關(guān)節(jié)的設(shè)計思路，系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，只需要更換單獨的模塊，方便系統(tǒng)維護[17]。大族激光設(shè)計的模組具有兩個自由度，在組合及構(gòu)型結(jié)果的性能上更具優(yōu)勢。雄克公司也有多種類型的轉(zhuǎn)動模塊，可以組合成機械臂或應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域[18]。廣東工業(yè)大學管怡生等人于2009年設(shè)計了工業(yè)級的可重構(gòu)機器人模塊系統(tǒng)[19]。如圖1-5所示，其中包括了I型轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、T型轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、夾持器關(guān)節(jié)、基座關(guān)節(jié)等。并構(gòu)造出單自由度云臺機器人、SCARA機器人、多自由度機械臂、雙-5-

【參考文獻】：
期刊論文
[1]工業(yè)機器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究[J]. 田闖.  中國管理信息化. 2019(20)
[2]3-PRS并聯(lián)機器人概念設(shè)計與運動特性研究[J]. 湯騰飛,張俊.  機械傳動. 2019(01)
[3]直線電機原理及其在精密工作臺中的應(yīng)用[J]. 張乾,譚立杰,程秀全,張永昌.  電子工業(yè)專用設(shè)備. 2017(06)
[4]光纖傳感器的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 余子珩.  電子測試. 2017(11)
[5]4-UPU并聯(lián)機構(gòu)奇異研究與工作空間分析[J]. 季曄,王勝,余炳輝,朱德榮.  機床與液壓. 2015(15)
[6]同構(gòu)支鏈H4并聯(lián)機構(gòu)的奇異性分析[J]. 方斌,李劍鋒,卿建喜.  機械工程學報. 2010(21)
[7]可重構(gòu)機器人研究的現(xiàn)狀和展望[J]. 徐超.  華中科技大學學報(自然科學版). 2004(S1)
[8]平面3-DOF機構(gòu)基本構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計及應(yīng)用研究[J]. 李瑞琴,鄒慧君,程志剛.  華北工學院學報. 2003(04)
[9]自重構(gòu)模塊機器人的研究與發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 趙杰,張亮,楊冬,蔡鶴皋.  中國機械工程. 2002(17)
[10]PMMA塑料光纖衰減測量的研究[J]. 孫會剛,儲九榮,溫序銘,耿寶宏,鐘力生,徐傳驤.  光通信研究. 2002(02)

碩士論文
[1]串聯(lián)機器人性能分析[D]. 許亞靖.燕山大學 2004
[2]可重組模塊化并聯(lián)機器人基本理論研究[D]. 楊寶剛.燕山大學 2002



本文編號：2979641