魔方機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用越來越普及，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)與制造之中，在航天、海洋探測(cè)、危險(xiǎn)及惡劣條件等特殊環(huán)境中也獲得了大量應(yīng)用。如何快速研發(fā)出滿足需要的機(jī)器人，改善所研究機(jī)器人的各項(xiàng)性能指標(biāo)，已經(jīng)成為急需要解決的問題。
　　本文設(shè)計(jì)出一款類人雙臂的解魔方機(jī)器人，通過智能化控制，能夠快速正確的還原出錯(cuò)亂的魔方，目前國(guó)內(nèi)外研制的還原魔方機(jī)器人較多，但絕大部分都是多自由度的機(jī)器人，例如使用3個(gè)機(jī)械手或者4個(gè)機(jī)械手。還原

2、魔方不僅需要轉(zhuǎn)動(dòng)魔方的一個(gè)面，還需要固定魔方的另外兩個(gè)面，多機(jī)械手的機(jī)器人能夠?qū)δХ狡鸬胶芎玫墓潭ㄗ饔茫夷軌蜻M(jìn)行多面旋轉(zhuǎn)，因此轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能夠達(dá)到較高的速度。本設(shè)計(jì)的還原魔方機(jī)器人采用的是雙機(jī)械臂的類人化設(shè)計(jì)，使得外觀更接近人類，可觀性更高。為了設(shè)計(jì)成功和可靠，本文主要完成了以下幾個(gè)主要的工作:(1)對(duì)機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)機(jī)器人的機(jī)械手臂進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，介紹了其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的執(zhí)行方案并做了一定的分析，對(duì)機(jī)器人的各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)方式和關(guān)節(jié)

3、減速器進(jìn)行了選擇，并對(duì)機(jī)械手臂的主要承載件進(jìn)行了強(qiáng)度分析，確保了其可靠性;(2)針對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析以及建模仿真，運(yùn)用D-H分析方法建立了機(jī)械手臂的連桿坐標(biāo)系，得到了機(jī)械手臂末端執(zhí)行器對(duì)機(jī)械手臂基座的轉(zhuǎn)換矩陣，分別求出了機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解與逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的逆解。運(yùn)用matlab中的機(jī)器人工具箱Robotics Toolbox對(duì)機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了仿真分析，驗(yàn)證了其正解與逆解的正確性;(3)機(jī)械手臂的動(dòng)態(tài)特性研究，從機(jī)械手臂零部件的安

4、裝、關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)同軸度等再到諧波減速器、編碼器位置等關(guān)鍵部件分析出了誤差根源并對(duì)其產(chǎn)生的誤差來源進(jìn)行了分析與建模，從而使我們?cè)谠O(shè)計(jì)、安裝之中盡可能的避免和消除誤差。運(yùn)用軟件Solidworks中的Simulation插件模塊對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行了模態(tài)分析，得到了其在運(yùn)動(dòng)過程中的振型、固有頻率等動(dòng)態(tài)特性，并進(jìn)行分析比較，確保其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，運(yùn)動(dòng)可靠性。
　　本文為解魔方機(jī)器人三（關(guān)節(jié)）自由度機(jī)械手臂的基礎(chǔ)研究，為將來更加深入地研究機(jī)械手臂