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反恐防暴机器人机械手是反恐防暴机器人的重要组成部分,机械手设计性能的优劣直接影响到反恐防暴机器人的执行力。本文根据反恐防暴机器人的工作要求设计了一种机械手,该机械手共包含有基座旋转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕俯仰、手爪旋转和手爪开合六个自由度。本文所设计的机械手一共有以下几个特色:一是采用模块化设计,方便机械手各零部件的安装和拆卸;再是在大臂和小臂处安装有气动平衡机构,可以大幅度减小驱动大臂和小臂的所需力矩;另外,该机械手可以在反恐防暴机器人上激光引导平台的协作下实现对物体的自动抓取。 本文确定了机械手的设计方案,对各关节的驱动方式进行了分析,并运用Solidworks对机械手关键零部件进行三维建模,对整个机械手的模型进行装配,以便于观察机械手的各结构设计是否合理,在机械手运动过程中是否会发生干涉或碰撞等情况。运用Matlab对大臂和小臂气动平衡机构的安装位置进行优化,以便使气动平衡机构的平衡重力矩效果达到最佳,关节所需驱动力矩最小。对机械手进行了运动学和动力学分析,并运用Adams对机械手进行了仿真,得到了机械手在运动过程中驱动大臂、小臂和手腕俯仰时的力矩,对所选的驱动电机是否合适进一步验证。为校核机械手各零部件的强度,运用ANSYS Workbench对其进行了静力学分析,并得出了其在所加载荷情况下的位移、应力和应变云图。最后,运用三次B样条插值法和Matlab机器人工具箱分别对机械手在关节空间中的运动轨迹进行了规划,以便提高机械手在实际运用中的工作效率和控制精度。