绳驱动拟人臂机器人运动学分析和张力题目研究

admin · 发表于 2023-9-21 13:23:51

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绳驱动拟人臂机器人是基于仿生学原理和绳驱动技术研制的新型机器人。由末端位置反馈和绳索张力反馈组成的力/位混合控制使机器人具有更高的精度及稳定性。本文主要探讨了绳驱动拟人臂机器人运动学、绳索张力、静刚度以及上位机设计等题目。机器人运动学包括两个方面：前向运动学和逆向运动学。首先，对绳驱动三自由度并联机器人样机进行完整的运动学分析，并用ADAMS软件进行机构建模及运动学仿真。然后，引用子题目法对七自由度绳驱动拟人臂机器人进行了算法研究，并用MATLAB和ADAMS进行运动学联合仿真，从而对算法进行了验证。由于绳索可拉伸不可压缩的单向特性，绳驱动机器人绳索张力成为静力学分析主要题目之一。由于肩、腕关节采用四绳驱动三自由度并联机构单元，而肘关节是单自由度旋转关节，因此可以对七自由度绳驱动拟人臂机器人肩、肘和腕关节分别进行张力讨论。其中，重点研究四绳驱动三自由度并联机器人张力题目，对其进行了严密的理论推导，同时还分析了张力约束工作空间，提出了优化算法，讨论了最小预紧力等题目，并结合样机进行了实验验证。当机器人执行任务时，末端执行器会对周围环境施加一定的接触力，而这种接触力也可能会使末端执行器偏离理想的位置，这时就需要考虑机器人的静刚度。重点分析绳驱动并联机器人静刚度。对机构构型以及绳索张力两个因素进行了刚度矩阵的推导，并得出了刚度矩阵求解表达式。用ADAMS模型进行了静刚度仿真，从而验证了推导的准确性。对串联机构以及串并联混合机构的静刚度题目进行了分析。最后，讨论了冗余驱动实现变刚度的可能性。机器人控制系统包括上位机和下位机。上位机发出控制命令给下位机，下位机根据控制命令解释成相应的时序信号直接控制驱动器及电机，电机则牵引绳索控制机器人的运动。下位机的信号检测装置实时读取设备状态数据，转换成数字信号反馈给上位机。文中主要讨论上位机的设计，调用PComm动态链接库用VC++语言进行算法编写，并介绍MFC界面设计。

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