绳驱动拟人臂机器人运动性能研究和工作空间分析

bb20920d · 发表于 2022-5-11 10:09:26

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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。本文主要分析和研究绳驱动拟人臂机器人在取得最佳拟人效果时机构选型和运动学题目，以及运动性能指标和工作空间题目，以便将绳驱动拟人臂机器人投入实际使用时能够满足较高性能的要求。机器人的构型设计及型综合是机器人设计的首要环节，是机构创新设计的基础。根据绳驱动并联技术及拟人臂机器人结构的特点，分析对比了几种绳驱动拟人臂机器人模型，对肩、肘、腕关节进行了结构选型。采用了一种串、并联混合结构，驱动器在基座上的结构配置，使机械臂具有小型、轻量、高性能等优点。基于旋量理论和指数积 POE 公式，分析了绳驱动拟人臂机器人的前向运动学和逆向运动学，推导分析了该机构的雅克比矩阵。采用位移增量法求出机器人各关节角的解，并以关节角为中间变量，建立绳长和末端位姿之间的关系。在笛卡尔空间通过轨迹规划对绳驱动机器人在ADAMS 下进行了运动学实例仿真，验证了算法的正确性。绳驱动拟人臂机器人的工作空间是其末端执行器的工作区域，其大小和形状是衡量机构性能的重要指标，是绳驱动拟人臂机器人研究的一个重要方面。在机构的设计、控制与应用过程中，工作空间都是一个需要考虑的重要题目。本文重点对四绳驱动三自由度并联机器人的工作空间进行研究。根据机构运动的约束条件和工作空间性能评价指标，主要通过机构的雅可比矩阵、全域性能指标以及面积和体积等参数指标对机构的工作空间进行了分析研究。提出了一种简单直观的等面积划分方法定量分析了机构的工作空间，给出了机构全域性能指标 GCI(Global Condition Index)的数值解，根据综合性能指标对机构的三个设计参数进行了优化选择。而后用等体积划分方法验证了该方法的有效性。

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