面對災(zāi)害救援、地質(zhì)勘測、核與輻射設(shè)備維修、有毒廢棄物處置等狹小、多障礙、高風(fēng)險的作業(yè)環(huán)境,體型纖細(xì)且擁有冗余自由度的特種機(jī)器人具有極大的應(yīng)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(guān)節(jié)式機(jī)器人其電機(jī)、減速器、傳感器及控制器均集成于關(guān)節(jié)模塊,整臂體積與質(zhì)量大,難以滿足狹小空間操作要求。本文設(shè)計了一種機(jī)電分離、臂段輕質(zhì)、可達(dá)域廣,且具備良好彎曲特性與靈活運(yùn)動能力的繩索驅(qū)動分段聯(lián)動機(jī)器人,完成樣機(jī)研制并開展典型任務(wù)實(shí)驗(yàn)。針對狹小空間作業(yè)環(huán)境的特點(diǎn)及需求,分析并確定了機(jī)器人的功能及性能要求,提出了一種分段聯(lián)動、段內(nèi)全聯(lián)動的繩索機(jī)器人方案。整個機(jī)器人由操作臂和驅(qū)動箱組成,基于機(jī)電分離的思想,電機(jī)、傳感器及控制器集成于驅(qū)動箱中而無須直接暴露在惡劣環(huán)境中,作為運(yùn)動部件的操作臂不包含電氣元件因而可適應(yīng)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(yùn)動能力,可穿越40毫米狹小空間。每個臂段由3根鋼絲繩驅(qū)動,臂段內(nèi)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(qū)動箱的設(shè)計上實(shí)現(xiàn)了12個電機(jī)按階梯狀立式排布,旋轉(zhuǎn)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(jìn)一步...

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)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(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 分段聯(lián)動機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計
    2.1 引言
    2.2 狹小空間作業(yè)任務(wù)分析及性能指標(biāo)
        2.2.1 工作環(huán)境分析
        2.2.2 機(jī)器人性能指標(biāo)
    2.3 機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計方案
    2.4 操作臂設(shè)計
        2.4.1 自由度配置
        2.4.2 構(gòu)型及聯(lián)動設(shè)計
        2.4.3 驅(qū)動繩索配置
    2.5 驅(qū)動箱設(shè)計
        2.5.1 驅(qū)動力分析
        2.5.2 電機(jī)選型
        2.5.3 構(gòu)型設(shè)計
    2.6 關(guān)鍵零件強(qiáng)度校核及部件選型
        2.6.1 腔殼強(qiáng)度分析
        2.6.2 傳感器選型
        2.6.3 繩索選型
    2.7 本章小結(jié)
第3章 分段聯(lián)動機(jī)器人運(yùn)動學(xué)建模及解耦分析
    3.1 引言
    3.2 運(yùn)動學(xué)關(guān)系分析
    3.3 關(guān)節(jié)空間與操作空間映射
        3.3.1 正運(yùn)動學(xué)分析
        3.3.2 逆運(yùn)動學(xué)分析
    3.4 關(guān)節(jié)空間與繩驅(qū)空間映射
    3.5 關(guān)節(jié)空間與繩驅(qū)空間解耦分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 分段聯(lián)動機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)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(shè)計
    4.4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
        4.4.1 下位機(jī)軟件設(shè)計
        4.4.2 上位機(jī)軟件設(shè)計
    4.5 本章小結(jié)
第5章 分段聯(lián)動機(jī)器人樣機(jī)與實(shí)驗(yàn)
    5.1 引言
    5.2 樣機(jī)組裝
        5.2.1 部件集成
        5.2.2 整機(jī)搭建
    5.3 樣機(jī)實(shí)驗(yàn)
        5.3.1 臂段聯(lián)動實(shí)驗(yàn)
        5.3.2 末端重復(fù)定位精度實(shí)驗(yàn)
        5.3.3 三維空間運(yùn)動能力實(shí)驗(yàn)
        5.3.4 末端直線跟蹤實(shí)驗(yàn)
        5.3.5 復(fù)雜環(huán)境越障實(shí)驗(yàn)
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝



本文編號：3751655