多自由度機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、機(jī)器人是近幾十年來才迅速發(fā)展起來的，最為典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它現(xiàn)在被應(yīng)用在人類生活的各個(gè)方面，其中小型化、輕量化和多功能的排爆機(jī)器人，在軍事上極具應(yīng)用和研究?jī)r(jià)值。正是因?yàn)檫@個(gè)原因，本文設(shè)計(jì)和研究了一個(gè)輕型的多關(guān)節(jié)機(jī)器人，它可以安裝在實(shí)驗(yàn)室已有的移動(dòng)平臺(tái)上，構(gòu)成排爆機(jī)器人，從而實(shí)現(xiàn)更大的用途。 本文在研究了國(guó)內(nèi)外眾多相關(guān)機(jī)器人的基礎(chǔ)上，根據(jù)項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)了機(jī)器人的整體方案和具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)器人為五個(gè)自由度關(guān)節(jié)型串連機(jī)器人，全部采

2、用轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)處采用行星齒輪減速器和蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的兩級(jí)減速機(jī)構(gòu)來增加速比，從而以小的機(jī)構(gòu)獲得大的減速比，由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 為了進(jìn)一步的控制上的需要，在已得到的機(jī)器人三維模型的基礎(chǔ)上，本文對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的研究，包括建立了機(jī)器人連桿坐標(biāo)系以及參數(shù)表；推導(dǎo)出機(jī)器人的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)矩陣方程；得到了正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的解；并且用Matlab軟件中的RoboticsToolbox工具箱對(duì)其進(jìn)行了仿真。 本研究采用PC+DSP

3、的兩級(jí)控制方式，上層用PC機(jī)進(jìn)行軌跡的規(guī)劃以及運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，并將求得的結(jié)果通過串口傳給下層執(zhí)行；下層為自制的運(yùn)動(dòng)控制器，以雙DSP芯片為核心，控制和驅(qū)動(dòng)各個(gè)電機(jī)，采用高精度的光電編碼器作為速度和位置的反饋元件，從而帶動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)位置控制、速度控制以及電流的控制。研究了單關(guān)節(jié)的PID控制算法，并對(duì)其進(jìn)行了仿真，得到較理想的結(jié)果。另外，本文還對(duì)控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行了總體的描述。 最后，對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的試驗(yàn)，并和仿