七自由度仿人机械臂设计与分析
发布时间：2021-09-14 21:28
在《中国制造2025》趋势的影响下,服务型机器人进入了快速发展的浪潮,其中具有多功能的辅助机械臂逐渐成为极具广阔应用前景的研究热点。本文针对老龄残疾人士及大型工程设备装配两个对象,提出了一种基于人体解剖学的七自由度机械臂的设计方案,解决大型工程设备装配需要多名工程师在相对狭小环境下协同配合及服务老龄残疾人士成本较高的问题,特点在于:（1）全刚体结构的机械臂可以保证末端强稳定性;（2）具有冗余自由度机械臂使得服务老龄残疾人士时,末端固定时其余关节可根据实际空间情况自由活动达到避免碰到受帮助者的目的;（3）同人体上肢相似的尺寸、相似的驱动效果的机械臂可以直接应用在为人类设计的工作场景。首先对人体上肢运动机理进行研究分析,以人体手臂完成动作类型区分自由度,分析各自由度运动所需的人体上肢骨骼和肌肉。结合机械臂的设计要求,对机械臂各关节进行结构设计,并根据各关节运动特点进行驱动匹配和选型。对机械臂完成指定任务所需要的传感器进行选配。对液压驱动关节铰接位置参数进行了优化分析,完善了机械臂结构。对机械臂进行运动学计算,通过机械臂的D-H参数的确定,建立各关节之间位置关系,完成正逆运动学方程的求解,采...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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机械臂可以直接应用在为人类设置的环境中。??仿人机械臂一方面可以作为仿人机器人整体的一部分行使上肢功能，如日本本田公??司的“ＡＳＩＭＯ”，如图１．１所示，其可进行细致作业，如拿起瓶子拧开瓶盖，将瓶中液体??注入柔软纸杯等［３］；以及美国波士顿动力公司的“ＡＴＬＡＳ”，如图１．２所示，其可以实现??在崎岖的地形行走和独立使用其手臂和腿攀登悬崖，手臂细节如图１．３所示，由液压装??置驱动，手臂可以沿不同方向旋转，小到抓起螺丝刀，大到操控汽车［４］。该公司开发的??另一款军用机器人“Ｐｅｔｍａｎ”，如图１．４所示，除了具有较高灵活度以外，还能调控自身??的体温、温度和排汗量来模拟人类手臂生理学中的自我保护功能，己经一定程度上具有??了人类的生理特性［５１。??｜？１?■?Ｍ?＃??置」Ｉ??图１．１?ＡＳＩＭＯ机器人?图１．２?Ａｔｌａｓ机器人??Ｆｉｇ．?１．１?ＡＳＩＭＯ?Ｒｏｂｏｔ?Ｆｉｇ．?１．２?Ａｔｌａｓ?Ｒｏｂｏｔ??Ｍ曜??＿國??图１．３?Ａｔｌａｓ手臂?图１．４?Ｐｅｔｍａｎ机器人??Ｆｉｇ．?１．３?Ａｔｌａｓ?
第一章绪论???另一方面，仿人机械臂单独也可以应用在民生方面，应用较广的例如智能轮椅的辅??机械臂。荷兰Ｅｘａｃｔ?Ｄｙｎａｍｉｃｓ公司生产的ＭＡＮＵＳ，如图丨．５、１．６所示，该手臂包括??个旋转关节和末端开合手爪共７个自由度，结构上将大部分质量集中在基座上提高了??械臂刚度，使其具有结构紧凑、运动灵活等优点［５￣。德国宇航中心（ＤＬＲ）的轻型??器人ＬＷＲｍ，如图１．７所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]串联机器人机械臂工作空间与结构参数研究[J]. 田海波,马宏伟,魏娟. 农业机械学报. 2013(04)
[2]伺服电机选型的原则和注意事项[J]. 王军锋,唐宏. 装备制造技术. 2009(11)
[3]五指仿人机器人灵巧手DLR/HIT Hand Ⅱ[J]. 刘伊威,金明河,樊绍巍,兰天,陈兆芃. 机械工程学报. 2009(11)
[4]气动人工肌肉驱动的双臂机器人及其协调控制研究进展[J]. 杨玉贵,彭光正,王毅枫. 机床与液压. 2008(04)
[5]基于人工肌肉的机器人驱动关节设计与研究[J]. 应申舜,秦现生,任振国,冯华山,王战玺. 机器人. 2008(02)
[6]线驱动拟人臂机器人逆向运动学分析[J]. 陈伟海,陈泉柱,张建斌,张颖. 机械工程学报. 2007(04)
[7]3自由度并联柔索驱动变刚度操作臂的刚度控制[J]. 隋春平,赵明扬. 机械工程学报. 2006(06)
[8]递推牛顿——欧拉动力学算法的推广及其应用[J]. 张兰霞,解顺强,王立平,汪劲松,龙运佳. 数学的实践与认识. 2005(02)
[9]仿生机器人的研究[J]. 许宏岩,付宜利,王树国,刘建国. 机器人. 2004(03)
[10]柔索驱动三自由度球面并联机构运动学与静力学研究[J]. 张波,战红春,赵明扬,刘红军,单光坤. 机器人. 2003(03)
硕士论文
[1]七自由度拟人机械臂构型综合及动力学研究[D]. 何价来.南华大学 2015
[2]移动服务机器人机械臂结构设计及其优化研究[D]. 马国庆.哈尔滨工业大学 2014
[3]五自由度机械臂运动和控制仿真分析[D]. 任崇轩.华南理工大学 2012
本文编号：3395558
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３?Ａｔｌａｓ手臂?图１．４?Ｐｅｔｍａｎ机器人??Ｆｉｇ．?１．３?Ａｔｌａｓ?Ａｒｍ?Ｆｉｇ．?１．４?ｆｔｔｍａｎ?Ｒ）ｂｏｔ??
机械臂可以直接应用在为人类设置的环境中。??仿人机械臂一方面可以作为仿人机器人整体的一部分行使上肢功能，如日本本田公??司的“ＡＳＩＭＯ”，如图１．１所示，其可进行细致作业，如拿起瓶子拧开瓶盖，将瓶中液体??注入柔软纸杯等［３］；以及美国波士顿动力公司的“ＡＴＬＡＳ”，如图１．２所示，其可以实现??在崎岖的地形行走和独立使用其手臂和腿攀登悬崖，手臂细节如图１．３所示，由液压装??置驱动，手臂可以沿不同方向旋转，小到抓起螺丝刀，大到操控汽车［４］。该公司开发的??另一款军用机器人“Ｐｅｔｍａｎ”，如图１．４所示，除了具有较高灵活度以外，还能调控自身??的体温、温度和排汗量来模拟人类手臂生理学中的自我保护功能，己经一定程度上具有??了人类的生理特性［５１。??｜？１?■?Ｍ?＃??置」Ｉ??图１．１?ＡＳＩＭＯ机器人?图１．２?Ａｔｌａｓ机器人??Ｆｉｇ．?１．１?ＡＳＩＭＯ?Ｒｏｂｏｔ?Ｆｉｇ．?１．２?Ａｔｌａｓ?Ｒｏｂｏｔ??Ｍ曜??＿國??图１．３?Ａｔｌａｓ手臂?图１．４?Ｐｅｔｍａｎ机器人??Ｆｉｇ．?１．３?Ａｔｌａｓ?
第一章绪论???另一方面，仿人机械臂单独也可以应用在民生方面，应用较广的例如智能轮椅的辅??机械臂。荷兰Ｅｘａｃｔ?Ｄｙｎａｍｉｃｓ公司生产的ＭＡＮＵＳ，如图丨．５、１．６所示，该手臂包括??个旋转关节和末端开合手爪共７个自由度，结构上将大部分质量集中在基座上提高了??械臂刚度，使其具有结构紧凑、运动灵活等优点［５￣。德国宇航中心（ＤＬＲ）的轻型??器人ＬＷＲｍ，如图１．７所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]串联机器人机械臂工作空间与结构参数研究[J]. 田海波,马宏伟,魏娟. 农业机械学报. 2013(04)
[2]伺服电机选型的原则和注意事项[J]. 王军锋,唐宏. 装备制造技术. 2009(11)
[3]五指仿人机器人灵巧手DLR/HIT Hand Ⅱ[J]. 刘伊威,金明河,樊绍巍,兰天,陈兆芃. 机械工程学报. 2009(11)
[4]气动人工肌肉驱动的双臂机器人及其协调控制研究进展[J]. 杨玉贵,彭光正,王毅枫. 机床与液压. 2008(04)
[5]基于人工肌肉的机器人驱动关节设计与研究[J]. 应申舜,秦现生,任振国,冯华山,王战玺. 机器人. 2008(02)
[6]线驱动拟人臂机器人逆向运动学分析[J]. 陈伟海,陈泉柱,张建斌,张颖. 机械工程学报. 2007(04)
[7]3自由度并联柔索驱动变刚度操作臂的刚度控制[J]. 隋春平,赵明扬. 机械工程学报. 2006(06)
[8]递推牛顿——欧拉动力学算法的推广及其应用[J]. 张兰霞,解顺强,王立平,汪劲松,龙运佳. 数学的实践与认识. 2005(02)
[9]仿生机器人的研究[J]. 许宏岩,付宜利,王树国,刘建国. 机器人. 2004(03)
[10]柔索驱动三自由度球面并联机构运动学与静力学研究[J]. 张波,战红春,赵明扬,刘红军,单光坤. 机器人. 2003(03)
硕士论文
[1]七自由度拟人机械臂构型综合及动力学研究[D]. 何价来.南华大学 2015
[2]移动服务机器人机械臂结构设计及其优化研究[D]. 马国庆.哈尔滨工业大学 2014
[3]五自由度机械臂运动和控制仿真分析[D]. 任崇轩.华南理工大学 2012
本文编号：3395558
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