仿人機器人肩肘腕關(guān)節(jié)及臂的設(shè)計.pdf

1、本文研究了仿人機器人肩、肘、腕關(guān)節(jié)的工作空間、運動學(xué)、動力學(xué)、尺度綜合及臂的運動學(xué)與軌跡規(guī)劃等問題。論文取得了如下成果：
　　設(shè)計了一種新型七自由度混聯(lián)擬人臂，其肩關(guān)節(jié)采用正交球面三自由度并聯(lián)機構(gòu)，肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)分別采用正交兩自由度并聯(lián)機構(gòu)，三個關(guān)節(jié)通過串聯(lián)構(gòu)成了3-2-2布局形式的擬人臂。該擬人臂兼顧了并聯(lián)機構(gòu)和串聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)點，操作范圍大、承載能力強、動力學(xué)特性和運動靈活性好。
　　建立了肩關(guān)節(jié)機構(gòu)的位置反解模型，給出了考

2、慮驅(qū)動副轉(zhuǎn)角范圍、連桿干涉等約束條件下的位置反解，利用三維邊界搜索法，繪制了肩關(guān)節(jié)機構(gòu)的工作空間三維圖。定義了機構(gòu)的工作空間評價指標(biāo)，定量分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對工作空間體積的影響。建立了肩關(guān)節(jié)機構(gòu)的速度解析方程，定義了機構(gòu)的運動學(xué)性能評價指標(biāo)，繪制了運動學(xué)性能評價指標(biāo)在空間的分布情況。建立了機構(gòu)的動力學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上分析了該機構(gòu)的動力學(xué)特性。以全域靈巧度和全域驅(qū)動性能指標(biāo)作為優(yōu)化對象，建立機構(gòu)的目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計模型，采用遺傳算法得到了機構(gòu)的一

3、組優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，考慮加工及裝配工藝，設(shè)計并研制了一種擬人機器人肩關(guān)節(jié)。
　　建立了肘關(guān)節(jié)機構(gòu)的位置正反解模型，定義了工作空間的評價指標(biāo)，基于帶約束條件的運動學(xué)反解方程，定量分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對工作空間體積的影響。建立了肘關(guān)節(jié)機構(gòu)的速度和加速度解析方程，同時運用影響系數(shù)法得到其Jacobian矩陣和Hessian矩陣，定義了速度及加速度特性作為機構(gòu)的運動特性評價指標(biāo)，對該機構(gòu)進行了運動特性評價及分析。建立了肘關(guān)節(jié)機構(gòu)驅(qū)動力矩與系統(tǒng)運動參

4、數(shù)之間的動力學(xué)關(guān)系模型。以全域靈巧度和全域驅(qū)動性能指標(biāo)作為優(yōu)化對象，采用遺傳算法得到機構(gòu)的一組優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，考慮加工及裝配工藝，以正交5R并聯(lián)機構(gòu)為機構(gòu)原型，設(shè)計并研制了一種擬人機器人肘關(guān)節(jié)。
　　提出一種腕關(guān)節(jié)機構(gòu)，建立了這種機構(gòu)的位置關(guān)系方程，給出了腕關(guān)節(jié)機構(gòu)的工作空間三維圖，定量分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對工作空間體積的影響。建立了腕關(guān)節(jié)機構(gòu)的速度和加速度解析方程及動力學(xué)模型，定義了腕關(guān)節(jié)機構(gòu)的多項運動學(xué)、動力學(xué)性能評價指標(biāo)，繪出并分析