单马达驱动机械臂轨迹规划及控制方法研究

摘要

随着机器人技术的发展，其应用领域在不断扩大，种类日趋增多；同时机器人的性能不断提高，并逐步向智能化、多样化方向发展。机械臂结构的改进是其中的一个研究方向。单马达驱动机械臂是一种轻重量和低转动惯量的机器人。该机械臂减少动力源的马达数量，通过改变机械臂的运动传递结构，既可实现传统机器人一般的功能而又能减轻机械臂的重量，结构紧凑。
　　 本文的研究内容主要包括单马达驱动机械臂的轨迹规划，动力学研究以及单马达驱动机械臂的关节离合器组控制和仿真实验研究。
　　 本文在任务轨迹规划方面，基于单马驱动机械臂的特殊结构，对直线和圆弧轨迹加入限制条件进行了研究。在动力学方面，对单马达驱动机械臂部件模块化分析建模，建立了单马达驱动机械臂的动力学模型，分析各关节角速度、角加速度以及力矩等，采用牛顿-欧拉动力学迭代算法递推计算关节力、力矩等。对单关节驱动部件离合器的性能以及调速原理作了初步研究。在系统实现方面，完成单马达驱动机械臂控制系统设计，单个关节处采用PID位置控制算法，另外结合机器人仿真技术，建立机械臂仿真系统，对机械臂的运动规划和关节驱动等仿真实验，验证了规划和控制方法的正确性和适用性，以及整个控制系统和通信的可靠性。