面向狹小空間作業(yè)的繩索驅(qū)動(dòng)超冗余機(jī)械臂的研究.pdf

1、在災(zāi)害救援、核與輻射設(shè)備檢修、有毒廢料采樣、管道監(jiān)測(cè)等方面，由于空間狹小且面臨較大危險(xiǎn)，不適合人或大型裝備進(jìn)入以開(kāi)展工作，因此，體型纖細(xì)、運(yùn)動(dòng)靈活的超冗余機(jī)械臂成為一個(gè)重要選擇。由于傳統(tǒng)關(guān)節(jié)式機(jī)器人的機(jī)電部件安裝于機(jī)械臂桿件連接處，且質(zhì)量較大，外形尺寸和載荷比難以滿(mǎn)足狹小空間作業(yè)的要求。本文研制了外觀曲率連續(xù)的繩索驅(qū)動(dòng)超冗余機(jī)械臂，具有良好彎曲特性和極其靈活的運(yùn)動(dòng)能力。
　　根據(jù)狹小空間作業(yè)的應(yīng)用需求，分析了機(jī)械臂的功能和性能指標(biāo)

2、要求，設(shè)計(jì)了一套超強(qiáng)運(yùn)動(dòng)能力的繩索驅(qū)動(dòng)超冗余機(jī)械臂。該機(jī)械臂由10個(gè)模塊化雙自由度關(guān)節(jié)、繩索裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)控制箱組成，具有20個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)能力。電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制箱（機(jī)電部分）集成在根部并封裝在一個(gè)箱體中，作業(yè)段（稱(chēng)為操作臂）僅包含連桿和萬(wàn)向節(jié)，大大減輕了運(yùn)動(dòng)載荷，提高了傳動(dòng)效率。為實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度的協(xié)同控制，開(kāi)發(fā)了具有三層架構(gòu)的控制系統(tǒng)，即遠(yuǎn)程遙控與監(jiān)控層層、規(guī)劃與控制層以及運(yùn)動(dòng)執(zhí)行層，具有CAN總線(xiàn)、串口轉(zhuǎn)USB及NRF無(wú)

3、線(xiàn)通信等模塊。以視覺(jué)檢測(cè)為實(shí)際應(yīng)用案例，機(jī)械臂末端攜帶了無(wú)線(xiàn)相機(jī)，可將觀察到的視頻通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路傳遞到用戶(hù)界面。
　　基于開(kāi)發(fā)的機(jī)械臂，推導(dǎo)了運(yùn)動(dòng)學(xué)解算方程并規(guī)劃了其典型的運(yùn)動(dòng)軌跡。采用傳統(tǒng)的D-H法建立了機(jī)械臂的關(guān)節(jié)空間與操作空間的映射關(guān)系；采用幾何分析的方法，得到了機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)空間與關(guān)節(jié)空間的解耦方程；針對(duì)機(jī)械臂的典型作業(yè)任務(wù)，規(guī)劃了其運(yùn)動(dòng)軌跡，并且該運(yùn)動(dòng)學(xué)解算及軌跡規(guī)劃算法的準(zhǔn)確性在Matlab和Adams的聯(lián)合仿真環(huán)境下得到了