一种四自由度助残机械臂的构型及运动学分析

发布时间：2021-05-08 04:42

　　为帮助残疾人独立地从事一些简单的日常生活活动,提高他们的生活质量,更好地享受生活,本课题根据实际生活环境中的使用要求,设计了一种可安装于残疾人用轮椅或移动平台的四自由度助残机械臂,使残疾人可自主进餐、捡拾物品等。课题的主要研究内容如下:1.根据残疾人的日常生活环境,助残机械臂需较大的工作空间,且综合任务需求,选定助残机械臂为四自由度机械臂,因此确定助残机械臂采用串联四自由度构型,完成了机构的型综合。2.基于D-H法建立了机械臂的关节坐标系,解出了助残机械臂末端执行器的位置正解公式,运用齐次变换矩阵解出位置逆解公式,并运用算例对位置正逆解公式的正确性进行了验证。3.通过对四自由度助残机械臂的可操作性能进行分析,并结合人臂尺寸,完成了助残机械臂的尺寸综合。进一步解出助残机械臂的线速度雅克比矩阵及应当避免的奇异位形,然后运用几何绘图法和数值法,结合MATLAB对助残机械臂的工作空间进行了分析,满足了设计要求。4.确定了助残机械臂的整体传动系统方案,利用直流电机和谐波减速器以及行星齿轮减速器的组合进行驱动,实现了机械臂高效率的传动。最后运用solidworks进行了机械臂的整体建模,并对大臂支... 

【文章来源】：河北工业大学天津市 211工程院校

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的背景及来源
    1.2 助残机械臂国内外研究现状
    1.3 论文的研究内容
第二章 四自由度助残机械臂的构型
    2.1 人臂运动机理
    2.2 助残机械臂的机构选型
    2.3 本章小结
第三章 四自由度助残机械臂位置分析
    3.1 运动学基础理论
        3.1.1 连杆坐标系的建立
        3.1.2 连杆坐标系变换矩阵的建立
        3.1.3 机器人末端执行器的位姿方程建立
    3.2 助残机械臂位置正解分析
        3.2.1 建立助残机械臂连杆坐标系
        3.2.2 关节坐标系间的齐次变换矩阵
        3.2.3 助残机械末端执行器的位姿方程
    3.3 助残机械臂位置逆解分析
        3.3.1 求解第一关节变量
        3.3.2 求解第三关节变量
        3.3.3 求解第二关节变量
        3.3.4 求解第四关节变量
    3.4 算例验证
        3.4.1 位置正解分析的初始状态验证
        3.4.2 位置逆解公式给定位置的验证
    3.5 本章小结
第四章 四自由度助残机械臂的运动学性能分析
    4.1 助残机械臂尺寸综合
        4.1.1 运动学静性能指标
        4.1.2 串联各向同性机械臂
        4.1.3 人体上臂尺寸
        4.1.4 助残机械臂尺寸的确定
    4.2 四自由度助残机械臂的速度分析
        4.2.1 助残机械臂线速度雅克比矩阵
        4.2.2 助残机械臂的速度仿真分析
    4.3 四自由度助残机械臂的奇异位形
        4.3.1 奇异位形的概念和分类
        4.3.2 助残机械臂奇异位形的求解
    4.4 四自由度助残机械臂的工作空间分析
        4.4.1 工作空间的概念
        4.4.2 助残机械臂工作空间的求解
    4.5 本章小结
第五章 四自由度助残机械臂机械结构设计
    5.1 助残机械臂的设计参数
    5.2 助残机械臂的驱动方式
    5.3 助残机械臂传动系统设计
        5.3.1 传动系统的布置
        5.3.2 关节减速器的选择
        5.3.3 关节传动系统设计
    5.4 机械臂整机结构设计
        5.4.1 机械臂关节结构设计
        5.4.2 机械臂关键部件的校核
        5.4.3 机械臂的虚拟样机
    5.5 本章小结
第六章 结论及展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢



本文编号：3174694