托卡马克柔性内窥机械臂建模及轨迹规划研究

发布时间：2024-03-02 11:00

　　托卡马克柔性内窥机械臂是被设计用来执行托卡马克第一壁砖面检测任务的10自由度冗余机械臂,末端为高清工业相机,采集第一壁的砖面图像并反馈给用户;为确保机械臂运动的安全性,开发三维仿真系统实时显示机械臂的运行状态,并对机械臂与周围环境进行碰撞检测。但是由于机械加工误差等原因,实际生产机械臂的运动学参数往往会与名义值有所差异,导致三维仿真系统中的模型与实际机械臂存在误差;模型的误差会导致机械臂在求逆运动学过程中产生误差,从而影响机械臂轨迹规划的效果,也会给三维仿真系统的碰撞检测带来误差,造成真实机械臂运动的不确定性。另外,由于机械臂尺寸长跨度大且采用轻质铝合金材料加工,具有柔性,导致其在运动过程中会产生一定的振动现象,从而影响末端相机的图像采集效果。为了提高机械臂运动的准确性以及减小机械臂在运动过程中产生的振动,本文对托卡马克柔性内窥机械臂的运动学标定及轨迹规划问题进行了研究。针对托卡马克柔性内窥机械臂的特殊结构,本文在DH方法的基础上引入大臂半径等参数建立出完整的运动学模型,进而建立起连杆误差模型及整体运动学误差模型;为避免奇异性,采用Levenberg-Marquardt算法实现机械臂运...

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1托卡马克柔性内窥机械臂遥操作系统

（b）三维仿真系统图1-1托卡马克柔性内窥机械臂遥操作系统Fig.1-1Theteleoperationsystemofflexibleinvesselmanipulator另外，由于托卡马克柔性内窥机械臂大臂部分采用弧形伸缩结构设计，尺寸长跨度大，完全展开时....

图2-1托卡马克D型腔截面示意图

托卡马克柔性内窥机械臂遥操作系统由机械系统、控制系统和三维仿真系统三部分组成。本章首先介绍机械系统设计，介绍机械臂的结构，为下文进行运动学建模及标定奠定基础；其次，介绍机械臂遥操作系统的控制系统设计，包括控制系统硬件及软件结构、控制系统功能及实现方式；最后介绍三维仿真系统，三维仿....

图2-2托卡马克柔性内窥机械臂结构图

由此设计的机械臂结构图如图2-2所示，它是一个10自由度冗余采用大小臂解耦设计，关节1-3为底座平移机构，关节4-6为大臂机构，关0为小臂机构，机械臂在不同工作模式时各部分具有不同的功能。

图2-3大臂结构图

大臂设计大臂结构如图2-3所示，包含B-I、B-II、B-III三级伸缩臂结构，共同绕中转，分别相对于B-0、B-I和B-II进行旋转伸缩运动。大臂各关节的运动范转速及设计精度如表2-1所示。

本文编号：3916758