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一种三维空间的可控欠驱动机械手的研究

王玉平  
【摘要】: 随着机器人技术的发展和广泛的应用,对机器人的精细作业和在各种环境下的灵活控制的要求越来越高,使得机器人机械本体的复杂性与运动控制的有效性显得越来越突出。当前在非完整领域的研究主要集中在非完整力学和非完整系统的运动规划上,并且都是针对已有的非完整系统。而对于非完整机械手系统的研究也局限在其运动学和运动规划上,而要实现此类机械手控制的稳定性和精确性,则必须研究其动力学特性。 本文在现有的非完整约束理论、机器人机构学与控制理论,以及实验室开发的二维多关节机械手的基础上。将摩擦圆盘运动分解机构应用到多关节机械手臂上,设计了一种三维欠驱动机械手,证明了该机械手具有非完整性和可控性,本文分别计算出了该机械手的运动学和动力学模型,对其运动学特性进行了深入的分析。利用拉格朗日动力学方程,对多关节非完整机械手进行了动力学建模,推导出了此机械手的动力学模型。利用绘图软件Solidworks绘制了零件图和整体装配图。最后利用动力学软件ADAMS对摩擦传动模型和多关节机械手进行了仿真分析。 通过对所设计的机械手的运动学与动力学分析,发现了机械手设计过程中出现的问题,并提出相应的解决方案。对机械手运动学方程和动力学方程的研究,表明了非完整多关节机械手的动力学模型和一般机器人动力学模型具有相似性,因此我们可以利用分析一般机器人动力学特性的方法来研究非完整机械手。 本学位论文的研究工作,对于非完整结构的研究与发展具有极为重要的意义。为开发航空航天机器人、特殊环境下的作业机器人和医疗机器人等提供了可以借鉴的理论和实践经验,有助于推动机器人技术的迅速发展。


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