面向核電救災(zāi)的機(jī)械臂開門擰閥門力學(xué)測(cè)試平臺(tái)研究.pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的機(jī)器人被應(yīng)用到軍事、航天、醫(yī)療等領(lǐng)域。日本福島核事故發(fā)生后，眾多先進(jìn)機(jī)器人被投入到救援當(dāng)中，救援過(guò)程展現(xiàn)出了機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)，也暴露出了機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下作業(yè)的許多問(wèn)題。本文將針對(duì)核事故救援當(dāng)中的常見(jiàn)工作任務(wù)設(shè)計(jì)一款具有六自由度機(jī)械臂的力學(xué)測(cè)試平臺(tái)，主要完成以下工作。
　　首先，完成了力學(xué)測(cè)試平臺(tái)的方案設(shè)計(jì)。從硬件組成、軟件組成及通信接口三個(gè)方面分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)市面上銷售的常見(jiàn)機(jī)械臂進(jìn)行了分析并選型

2、。對(duì)末端主要任務(wù)及受力狀態(tài)進(jìn)行分析選擇合適的力傳感器。完成電源及移動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇。對(duì)機(jī)械臂與移動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的連接部分的主要尺寸進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)雅閣比矩陣奇異性分析獲得滿足要求的末端布置位置。
　　其次，推導(dǎo)了六自由度機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。通過(guò)分析關(guān)節(jié)角速度對(duì)末端運(yùn)動(dòng)速度的貢獻(xiàn)計(jì)算了雅閣比矩陣的顯式表達(dá)。運(yùn)動(dòng)拉格朗日方法計(jì)算了機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)方程，編寫了相應(yīng)程序。完成了對(duì)機(jī)械臂末端力傳感器初始數(shù)值的補(bǔ)償，可通過(guò)力傳感器準(zhǔn)確獲得機(jī)械臂末端

3、的接觸力。
　　然后，運(yùn)用設(shè)計(jì)的力學(xué)測(cè)試平臺(tái)及推導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行開門動(dòng)作分析。規(guī)劃了開門過(guò)程中笛卡爾空間的軌跡。選取了兩種不同的開門姿態(tài)進(jìn)行對(duì)比，分析了兩種姿態(tài)開門過(guò)程中關(guān)節(jié)受力情況及運(yùn)動(dòng)情況。對(duì)按門把手過(guò)程進(jìn)行仿真，分析了不同機(jī)械臂布置位置、不同質(zhì)量、不同摩擦因數(shù)對(duì)按門把手過(guò)程的影響。分析了機(jī)械臂工作空間對(duì)擰閥門高度的影響，對(duì)擰閥門過(guò)程進(jìn)行了仿真。
　　最后，對(duì)機(jī)械臂要實(shí)現(xiàn)的三個(gè)主要任務(wù)：開門、擰閥門、更換末端裝置進(jìn)行了分