一种可重构模块化机器人系统的设计和研究

摘要

随着科技的发展，工业机器人将逐步取代人类用以完成各种繁琐复杂、危险度高的工作。然而由于工作环境的复杂化和任务的多样化，传统工业机器人的局限性就显得尤为突出，它难以满足多样化需求。针对这种情况，具备通用性强、扩展性高、制造成本低等特点的可重构模块化机器人应运而生。
　　本文根据对机器人的不同功能要求，进行机器人的重构设计和研究，给出重构模式。对该重构机构的运动学、动力学进行分析仿真，面向实现的功能设计操作软件来完成控制。
　　首先，根据对机器人功能的要求提出该机械臂的性能指标，确定它的总体设计方案以及可具备的构型。选择各自由度的代表构型，通过D-H法对它们进行运动学理论分析后，通过Matlab对它的正确性进行验证。通过蒙特卡洛法求解它的工作空间。
　　其次，面向模块化要求，将机械臂分为转动模块、连接模块以及基座模块，对它们的机械结构进行设计。针对转动模块中的关键机构进行选择，完成辅助零件的设计。对完成设计的各模块进行三维建模，并完成机械臂的18种构型的三维装配。
　　通过牛顿—欧拉法对机械臂的六自由度构型的动力学进行分析，建立动力学方程。利用Matlab软件编写程序，计算出关节力矩值；采用ADAMS进行仿真，检测出关节力矩值，将两者的力矩结果进行比较，证明动力学理论分析结果的正确性。
　　针对机械臂的运动需求，选择分散式控制作为机械臂的控制方案，给出单关节的控制原理，搭建控制系统的硬件平台。利用Visua l Basic为主要开发平台，结合Matlab及伺服驱动提供的API函数，开发机械臂控制系统应用软件。

目录

声明

第1章 绪 论

1. 1 课题研究背景和意义

1. 2 国外研究现状

1. 3 国内研究现状

1.4 本课题的主要内容

第2章 可重构机械臂设计方案及运动学分析

2.1 引言

2.2 可重构机械臂的设计指标和要求

2.3 可重构机械臂的构型和方案确定

2.4 机械臂运动学分析

2.5 可重构机械臂工作空间的计算

2.6 本章小结

第3章 机械臂的重构模块设计

3.1 引言

3.2 关键机构的设计与选型

3.3 机械臂模块的设计

3.4 三维建模与虚拟样机装配

3.5 本章小结

第4章 典型机械臂的动力学分析

4.1 引言

4.2 机械臂动力学的计算

4.3 ADAMS仿真分析

4.4 其它构型分析

4.5 本章小结

第5章 分散式控制系统

5.1 引言

5.2 机器人控制系统的选择

5.3 通信方式的确定

5.4 控制系统的硬件选择

5.5 控制系统的整体方案

5.6 单模块的运动控制方案

5.7 本章小结

第6章 控制软件的设计

6.1 引言

6.2 软件介绍

6.3 软件流程

6.4 软件界面设计

6.5 COM组件设计

6.6飞行目标的击打策略

6.7 本章小结

结论

参考文献

致谢