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随着机器人技术的迅猛发展,机器人在各种领域获得了广泛的应用。将机器人技术运用到反恐领域,促成了排爆机器人的诞生。研究和设计具有智能的实用型排爆机器人,无疑对于提高我国公安部队的反恐能力具有较大的现实意义。
智能排爆机器人的机械本体是由移动车体和车载机械手构成。本文在参考国内外已经推出的多款排爆机器人的基础上,利用机器人技术结合现代设计方法,设计了一种6自由度的智能排爆机器人机械手,并对其进行了运动学的研究。
提出了多种机械手的结构方案,比较了各种结构形式的优缺点,最终选择了最优的结构形式。以机电产品概念设计的方法对机械手进行了设计并提出了控制系统设计方案。在SolidWorks中对设计的结果进行了几何建模。以最优化设计方法,对其中一种手部机构提出优化设计,建立了一个用于优化普通圆柱蜗杆机构的数学模型,成功优化了设计参数,减轻了手部的自身重量。
运用DH理论和机器人运动学研究方法,进行了运动学的计算和分析。建立了机械手的运动学方程并对正解、速度雅可比矩阵进行了推算;根据推算结果进行了机械手的位移、速度分析;采用蒙特卡洛法对工作空间进行了作图分析;给出了一种由图像坐标系向机器人基坐标系转换的方法;提出了一种利用可视化计算软件MATLAB求解机械手运动学逆解的方法,并给出了计算的结果。
运用虚拟样机技术,借助ADAMS仿真软件,建立了机器人虚拟样机模型,对机械手的运动学进行了仿真分析。对仿真结果进行了分析并与MATLAB的分析结果进行了对比。从仿真的角度证明了运动学计算是正确的,机构的设计是合理的。
论文的最后,借助于现有的实验样机,进行了机械手自动定位实验,进一步验证了运动学计算的方法是正确可行的。研制了机械手的手部机构,并进行了实物的抓取实验,验证了手部的设计是成功的。