斜四關節(jié)手腕運動與動力學分析及仿真研究.pdf

1、在現代工業(yè)中，尤其是空間科學領域，機械手腕有著大量而廣泛的應用，并且這種應用趨勢隨著人類對太空探索的不斷深入而呈現出迅猛的上升趨勢。斜四關節(jié)手腕（Skew-PRYR）具有較大運動空間和較高的靈活度，通過運動學的分析和優(yōu)化使該手腕具備在運動中有效回避機構奇異和手腕關節(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的分析和計算為以后實現控制作了準備。
　　本文介紹了一些先進的機械手腕的研究，并對這些研究作了歸納和對比，說明了斜四關

2、節(jié)手腕設計構想出現的必然性。建立了該手腕的幾何模型，針對該模型展開了運動學分析、逆運動學解的計算，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。在此基礎上利用梯度投影法進行了運動學的優(yōu)化分析，分別對回避奇異位置和回避關節(jié)極限的運動進行了優(yōu)化。對于動力學計算，將終止時刻手腕確定的位姿轉化為相應的關節(jié)角，使手腕最終可以達到期望的姿態(tài)。完成對關節(jié)運動在兩種不同初始條件下關節(jié)空間的軌跡規(guī)劃，以運動學研究和軌跡規(guī)劃為基礎采用拉格朗

3、日法對手腕的動力學進行了分析和計算。在理論分析的基礎上，利用MATLAB進行程序設計，使用ADAMS軟件完成了運動學和動力學的仿真，得到了機器人各關節(jié)轉角曲線，優(yōu)化特性曲線和力矩曲線。仿真證實了優(yōu)化準則對運動特性確實有所改善。另一方面，通過測試施加負載后的手腕末端各關節(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。根據機器人手臂的結構和尺寸，在機械動力學軟件“ADAMS”的仿真環(huán)境下，建立冗余度手臂和斜四關節(jié)手腕連接