超冗余仿生象鼻机器人结构设计与样机建造

摘要

本文把生物象鼻和并联机构结合起来，在国家自然科学基金的资助下，对超冗余仿生象鼻机器人进行结构设计、位置逆解、虚拟样机仿真分析和物理样机搭建。论文取得了如下成果：
　　以超冗余仿生象鼻机器人为对象，建立其运动学模型。采用脊线模态法，把机器人中各单元体相互连接的中间支链用空间曲线来代替，把各单元体的末端动平台的中心点拟合到脊线上，从而得到各单元体的末端动平台的中心点的位置和姿态。再对单元体进行位置逆解，求出超冗余仿生象鼻机器人的所有驱动关节的位置变量。
　　通过分析生物体象鼻外部形状和运动特征，以并联机构为单元体模块，设计一种超冗余仿生象鼻机器人。设计过程中，首先对超冗余仿生象鼻机器人提出设计方案，考虑工程实际确定机器人的驱动部件，分析单元体的结构布局以及各单元体之间的连接方式，对机器人结构进行细节设计，包括动静、平台和支链安装块的设计，对关节运动副进行选型，最终构建出超冗余仿生象鼻机器人的最终设计方案。
　　运用虚拟样机技术，把在SolidWorks软件中创建的超冗余仿生象鼻机器人的三维模型导入到ADAMS软件中，添加各种关节约束和质量属性，对单元体和整体机器人进行运动学和动力学分析，验证机器人中驱动部件的选型正确性。再把三维模型导入到ANSYS有限元分析软件中，分析机器人的静刚度，包括应力、应变和变形量，保证机器人的设计能够满足要求，为机器人真实样机的搭建提供有力的证据。
　　对超冗余仿生象鼻机器人进行选材与加工，首先对各电动缸进行调试和联合运行，再单独安装每个单元体并调试。结合生物象鼻的外观，设计支撑架把超冗余仿生象鼻机器人由上至下吊挂安装，最终使机器人按照给定轨迹运行，实现生物象鼻的运动特性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第二章 象鼻机器人位置分析

2.1 引言

2.2 自由度

2.3 运动学建模

2.4脊线的建模和拟合

2.5单元体位置逆解

2.6 小结

第三章 象鼻机器人结构设计及选型

3.1 引言

3.2 构型思路

3.3 象鼻机器人驱动部件的选型

3.4 动、静平台的结构设计

3.5 支链安装块的结构设计

3.6 运动副的选型

3.7 象鼻机器人整体构型

3.8 小结

第四章 象鼻机器人样机建造及性能验证

4.1 引言

4.2 ADAMS介绍

4.3 虚拟样机建造

4.4 象鼻机器人静刚度分析

4.5 小结

第五章 象鼻机器人物理样机搭建

5.1 引言

5.2 选材与加工

5..3 样机构件

5.4 硬件设计

5.5 样机装配

5.5 样机调试与运行

5.6 小结

第六章 全文结论

6.1 结论

6.2 工作展望

参考文献

致谢

完成论文和参加科研情况说明