一种连续体并联抓取机器人的设计与研究

发布时间：2020-05-22 22:31

【摘要】：并联机器人因其自身工作空间小等结构缺点,目前许多被提出的构型仍无法转化成实际工程应用,而连续体机器人的柔顺性和灵活性是其独具优势的特点,因此近年来综合二者的特点所提出的连续体并联机器人逐渐成为研究热点。该新型机器人同时兼具并联机器人和连续体机器人的优点,对于拓展并联机器人和连续体机器人的新构型和应用领域有着重要的研究意义。本文基于此构思,提出一种能够实现抓取作业任务的连续体并联机器人,对其展开设计及相关研究。首先,设计了连续体并联抓取机器人的结构。该机器人的支链为3组并联形式的连续体机构,末端抓取装置为连杆机构式抓手;通过弹性杆对动平台和末端抓取装置进行驱动控制,使其具有3自由度运动姿态和对柱状物体的抓取性能。利用SolidWorks对该机器人进行三维建模,得到虚拟样机模型。通过等效的D-H法建立了连续体并联抓取机器人的运动学模型,计算其正、逆解及雅克比矩阵,得到了解析表达式,并在MATLAB中分析得到其工作空间。其次,通过ADAMS软件对虚拟样机进行运动仿真。介绍了 ADAMS建立柔性体的方法,创建了具有弯曲大变形特征的弹性杆;通过虚拟运动仿真得到了机器人的运动姿态和输出曲线,验证了结构设计的正确性和可行性。通过ANSYS Workbench软件对虚拟样机进行静力结构分析,验证了其结构强度的安全性,并通过模态分析,得到前6阶模态振型和频率。最后,利用3D打印和金属加工的方式对零件进行加工,通过装配零件、搭建驱动和控制系统,形成一台物理样机;对样机进行了抓取操作实验,结果表明机器人能够实现3自由度运动和协同抓取操作;对样机进行特殊变形运动状态下,动平台在二维平面中的位置标定实验,将实际测量位置坐标与理论计算进行对比,从而验证运动学理论分析的正确性;实验结果表明理论计算与实际测量结果之间存在误差,在行程最大处,误差率达最大,此时误差率为2.91%,误差距离在厘米级;需要在后续研究中对样机的定位系统进行优化,更准确地测量后再对运动学计算式进行修正。
【图文】：

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【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242

【参考文献】

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本文编号：2676709