【摘 要】
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随着机器人技术在制造业领域应用与发展,对于复杂和需要全方位移动的工作环境,传统固定底座机械臂无法满足工作要求,本文设计了一款操作灵活的“全向移动机械臂”,开展了包括全向移动平台结构设计、运动学仿真分析及机械臂的运动规划等三方面的研究,内容如下:(1)全向轮的结构设计与研究。根据辊子的几何建模原理图,推出所需的辊子理论母线方程,再对辊子母线近似法进行分析与比较,从而确定以“圆弧曲线”作为辊子结构设计
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随着机器人技术在制造业领域应用与发展,对于复杂和需要全方位移动的工作环境,传统固定底座机械臂无法满足工作要求,本文设计了一款操作灵活的“全向移动机械臂”,开展了包括全向移动平台结构设计、运动学仿真分析及机械臂的运动规划等三方面的研究,内容如下:(1)全向轮的结构设计与研究。根据辊子的几何建模原理图,推出所需的辊子理论母线方程,再对辊子母线近似法进行分析与比较,从而确定以“圆弧曲线”作为辊子结构设计的理论依据;接着进行了辊子和轮毂外形结构的优选与设计,确定全向轮中的关键参数并完成模型装配;对全向轮和辊子的力学特性进行分析,结果分析验证了其力学性能。(2)全向移动平台系统结构设计与研究。基于系统平台的设计要求及原则,确定了系统平台整体结构的方案设计;进一步对平台系统中的驱动系统、传动系统及车体系统的结构进行设计和相关参数的计算;对平台系统中的关键零部件力学特性进行分析,结果分析验证了其力学性能。(3)全向移动平台运动学特性分析与虚拟仿真研究。根据全向轮的力学特性,对平台的速度和轮组布局进行分析,建立起运动学方程,并对其平台受力进行分析,综上可以得出平台运动的规律;采用虚拟仿真软件建立起系统平台的仿真模型,对模型进行横、纵及原地自转三种运动学仿真实验,通过对仿真数据的分析与理论结论的对比,验证了运动学仿真分析与平台结构设计的可靠性;对仿真实验数据误差的原因进行分析并提出解决方案。(4)基于ROS机械臂的运动规划与仿真研究。介绍了 ROS系统;对机械臂简化模型建立关节坐标系并进行了正、逆运动学的分析与求解;利用sw2urdf、MoveIt!及RViz分别建立机械臂的模型文件、配置功能包的参数及仿真环境的搭建;通过对机械臂的预设目标与避障两种运动规划仿真实验数据进行分析,其分析结果验证了机械臂运动规划的可行性。图[86]表[10]参[61]
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