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两杆欠驱动抓握桁架移动机器人设计与研究

闫海龙  
【摘要】:欠驱动移动机器人系统由于减少了驱动器数目,使其具有重量小、能耗低的优点,但同时也给其运动控制增加了难度。随着桁架结构使用范围的扩大,人们对于能够在桁架环境中移动的机器人产生了需求。移动机器人抓住桁架杆时,由于抓杆处没有驱动器驱动机器人绕着桁架杆转动,机器人依靠重力通过前后摆动来实现移动,这时机器人的手爪与桁架杆形成了一个欠驱动关节。本文从这里出发,对两杆的欠驱动抓握桁架移动机器人在桁架环境中的移动进行了研究。 本文首先分析了两杆欠驱动移动机器人在桁架环境中运动过程。结合本实验室已有的手爪,对其进行改进,在手爪中增加了摩擦轮传动机构来测量欠驱动移动机器人的手爪相对桁架杆的转动角位移。完成两杆欠驱动移动机器人的结构本体设计,并进行加工装配。 其次,对两杆欠驱动移动机器人进行了运动学分析和动力学分析。在动力学分析的基础上研究了两杆欠驱动移动机器人主动关节和欠驱动关节之间的动力学耦合。建立机器人三维样机模型,并对机器人在不同初始位置开始运动的情况进行了运动学仿真。 然后,使用计算力矩的方法两杆欠驱动移动机器人进行动态控制。把机器人的运动范围划分为摇起区和抓取目标杆区,并从两杆欠驱动移动机器人在运动过程中能量不断变化的角度出发,设计控制策略。 最后,利用虚拟样机模型,对两杆欠驱动移动机器人进行了基于ADAMS和MATLAB的联合仿真控制实验。仿真结果表明,两杆欠驱动移动机器人可以从最低点快速摇起,并抓取目标桁架杆,这验证了控制策略的正确性。


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