基于人體上肢運(yùn)動(dòng)學(xué)的仿生機(jī)械臂設(shè)計(jì)方法.pdf

1、隨著仿生技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，仿生機(jī)械臂從眾多類型的機(jī)器人中脫穎而出，為機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展開辟出廣闊空間。如何合理地配置仿生機(jī)械臂的自由度和關(guān)節(jié)形式，對(duì)其設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用有十分重要的意義。有必要提出仿生機(jī)械臂自由度的配置方法，配合以往依靠經(jīng)驗(yàn)配置機(jī)械臂自由度的方式，為仿生機(jī)械臂的自由度選取和優(yōu)化提供參考依據(jù)，為設(shè)計(jì)高效實(shí)用的機(jī)械臂奠定基礎(chǔ)。
　　本文通過文獻(xiàn)的查閱與分析，總結(jié)了仿生機(jī)械臂的自由度與關(guān)節(jié)形式研究的不足。以人體運(yùn)動(dòng)學(xué)為基

2、礎(chǔ)，結(jié)合機(jī)器人奇異性理論和運(yùn)動(dòng)性能分析，對(duì)仿生機(jī)械臂的自由度和關(guān)節(jié)形式的優(yōu)化原則及方法進(jìn)行了詳細(xì)研究。
　　結(jié)合人體運(yùn)動(dòng)學(xué)和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)知識(shí)，以人體上肢結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)為基礎(chǔ)，提出了七自由度人體上肢模型和簡化的六自由度、五自由度模型。將理論模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行仿生機(jī)械臂的奇異性和運(yùn)動(dòng)性能分析，建立了機(jī)械臂設(shè)計(jì)的自由度選取方法。
　　基于機(jī)械臂冗余性和奇異性理論，實(shí)現(xiàn)七自由度冗余仿生機(jī)械臂的奇異構(gòu)形由數(shù)學(xué)計(jì)算到可視化圖形的

3、轉(zhuǎn)化，提出回避奇異構(gòu)形的自由度配置依據(jù)。結(jié)合數(shù)值法和蒙特卡洛法分析三種不同自由度的仿生機(jī)械臂模型的運(yùn)動(dòng)性能，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)空間和運(yùn)動(dòng)靈活性的可視化呈現(xiàn)，提出針對(duì)不同運(yùn)動(dòng)性能要求的仿生機(jī)械臂自由度配置依據(jù)。
　　以仿生機(jī)械臂自由度配置依據(jù)為指導(dǎo)，針對(duì)上述研究結(jié)果設(shè)計(jì)研發(fā)一臺(tái)巡檢機(jī)器人樣機(jī)。對(duì)機(jī)器人搭載的仿生機(jī)械臂的自由度進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)樣機(jī)在模擬線路環(huán)境下進(jìn)行了上述研究的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，論證了仿生機(jī)械臂自由度配置依據(jù)的合理性