基于移動(dòng)平臺(tái)的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、基于移動(dòng)平臺(tái)的機(jī)械臂系統(tǒng)具有靈活度高、適應(yīng)性廣、功耗低等特性，被廣泛應(yīng)用于災(zāi)難搜救、城市反恐、宇宙空間探索等領(lǐng)域，已成為二十一世紀(jì)機(jī)器人發(fā)展的重點(diǎn)方向。本論文結(jié)合基于移動(dòng)平臺(tái)的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論研究為基礎(chǔ)，以機(jī)械臂工作空間和運(yùn)行功耗為分析對(duì)象，以可操作度和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為評(píng)價(jià)依據(jù)，提出了一種對(duì)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案，以實(shí)現(xiàn)增加機(jī)械臂工作空間靈活度和降低機(jī)械臂運(yùn)行功耗的目的。論文的主要研究工作如下：
　　

2、 (1)提出基于移動(dòng)平臺(tái)的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。針對(duì)移動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和機(jī)械臂的功能需求，確定機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)，選擇機(jī)械臂構(gòu)型，分析該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的關(guān)節(jié)數(shù)、關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)類型，提出設(shè)計(jì)方案，并開(kāi)發(fā)出樣機(jī)。
　　 (2)基于工作空間的機(jī)械臂連桿尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)。以機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)理論方法為基礎(chǔ)，在D-H坐標(biāo)系中為機(jī)械臂建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)采樣分析法對(duì)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆解進(jìn)行驗(yàn)證，以證明數(shù)學(xué)模型的可靠性。通過(guò)MATLAB仿真軟件，分析機(jī)械臂各

3、部分結(jié)構(gòu)對(duì)其工作空間的影響趨勢(shì)，確定機(jī)械臂工作空間影響因子，最后提出以機(jī)械臂可操作度為評(píng)價(jià)依據(jù)的求解方法。
　　 (3)研究降低機(jī)械臂功耗的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。運(yùn)用動(dòng)能定理等相關(guān)理論分析機(jī)械臂結(jié)構(gòu)與其功耗的關(guān)系，確定以機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的研究對(duì)象；然后針對(duì)機(jī)械臂多軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)特性，運(yùn)用慣性張量的方法求解機(jī)械臂的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；最后運(yùn)用仿真分析軟件分析機(jī)械臂連桿尺寸與機(jī)械臂功耗的相對(duì)關(guān)系，獲得機(jī)械臂結(jié)構(gòu)對(duì)降低其功耗的依據(jù)。
　　

4、(4)依據(jù)機(jī)械臂工作空間和能量消耗與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系，提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法并進(jìn)行仿真。分析機(jī)械臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在增加機(jī)械臂工作空間靈活性和降低運(yùn)行功耗兩者間的關(guān)系與矛盾，運(yùn)用倍數(shù)環(huán)比法對(duì)可操作度與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行權(quán)重設(shè)計(jì)，提出綜合兩者的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并通過(guò)MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證分析結(jié)果。
　　 論文提出了結(jié)合機(jī)械臂工作空間和運(yùn)行功耗雙相指標(biāo)對(duì)機(jī)械臂的連桿尺寸分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。該方案在不降低機(jī)械臂功能的條件下，增強(qiáng)了機(jī)械臂的操作靈活