遥操作机器人主操作手结构设计与运动学分析

摘要

遥操作机器人主操作手已经不再仅仅作为遥操作机器人系统中的一个重要组成部分在发挥作用，而是开始向多元化应用方向发展，至今已经成为一个独立的研究方向。遥操作机器入主操作手已在多个领域得到广泛应用，特别是远程医疗、空间探索、海洋开发、康复训练、有毒有害物质清理等领域。遥操作机器入主操作手拥有足够的工作空间并提供真实的力觉感知是进行遥操作机器入主操作手结构设计的出发点和落脚点。
　　 首先，基于人机工程学原理对遥操作机器人主操作手进行构型综合及方案设计。在概念设计阶段，考虑到需要提供尽可能大的工作空间，故选择串联型机器人构型；详细设计阶段，考虑到需要实现机构的自身平衡以保证力感觉的真实性，选择将前两连杆置于水平面内，在小臂部分加入配重部分，并将主连杆的伺服驱动系统安放在底座内，传动部分采用先进的钢丝传动方式，实现机械结构的轻量、低惯性、微摩擦、无间隙、高刚度等要求。
　　 其次，对遥操作机器人主操作手进行正运动学分析及逆运动学分析，建立其运动学方程。并选择恰当的评价指标对其进行评估，同时通过分析主要参数影响，得到一些参数选择的依据。
　　 最后，设定恰当的遥操作机器入主操作手工作空间。根据运动学方程，基于MATLAB优化工具箱，以工作空间作为优化条件对遥操作机器人主操作手进行优化设计，得到最优参数。并根据结果对所优化的结构进行仿真研究，结果表明所设计的遥操作机器人主操作手满足最初设定的工作空间要求。