斜四關(guān)節(jié)手腕運動與動力學(xué)分析及仿真研究.pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)中，尤其是空間科學(xué)領(lǐng)域，機械手腕有著大量而廣泛的應(yīng)用，并且這種應(yīng)用趨勢隨著人類對太空探索的不斷深入而呈現(xiàn)出迅猛的上升趨勢。斜四關(guān)節(jié)手腕（Skew-PRYR）具有較大運動空間和較高的靈活度，通過運動學(xué)的分析和優(yōu)化使該手腕具備在運動中有效回避機構(gòu)奇異和手腕關(guān)節(jié)運動范圍極限的能力，并且用拉格朗日法對手腕的動力學(xué)的分析和計算為以后實現(xiàn)控制作了準(zhǔn)備。
　　本文介紹了一些先進(jìn)的機械手腕的研究，并對這些研究作了歸納和對比，說明了斜四關(guān)

2、節(jié)手腕設(shè)計構(gòu)想出現(xiàn)的必然性。建立了該手腕的幾何模型，針對該模型展開了運動學(xué)分析、逆運動學(xué)解的計算，計算使用了矩陣逆變換的解析法和基于偽逆陣的梯度投影法兩種方法。在此基礎(chǔ)上利用梯度投影法進(jìn)行了運動學(xué)的優(yōu)化分析，分別對回避奇異位置和回避關(guān)節(jié)極限的運動進(jìn)行了優(yōu)化。對于動力學(xué)計算，將終止時刻手腕確定的位姿轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的關(guān)節(jié)角，使手腕最終可以達(dá)到期望的姿態(tài)。完成對關(guān)節(jié)運動在兩種不同初始條件下關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃，以運動學(xué)研究和軌跡規(guī)劃為基礎(chǔ)采用拉格朗

3、日法對手腕的動力學(xué)進(jìn)行了分析和計算。在理論分析的基礎(chǔ)上，利用MATLAB進(jìn)行程序設(shè)計，使用ADAMS軟件完成了運動學(xué)和動力學(xué)的仿真，得到了機器人各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角曲線，優(yōu)化特性曲線和力矩曲線。仿真證實了優(yōu)化準(zhǔn)則對運動特性確實有所改善。另一方面，通過測試施加負(fù)載后的手腕末端各關(guān)節(jié)的力矩大小，證明手腕所需要的力矩在實際電機和力傳感器的要求范圍內(nèi)。根據(jù)機器人手臂的結(jié)構(gòu)和尺寸，在機械動力學(xué)軟件“ADAMS”的仿真環(huán)境下，建立冗余度手臂和斜四關(guān)節(jié)手腕連接