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本文以果蔬采摘机器人中关键的末端执行器与多自由度机械臂为研究对象,提出将欠驱动多指手用于果蔬采摘机器人的末端执行器,对欠驱动多指手进行了力学分析与结构设计,制造了多指手实验样机,完成了基本的抓取实验;进行了机械臂的本体结构设计,对虚拟样机进行建模与仿真分析,验证了样机的可行性。主要工作可概括为如下几个方面:
口运用螺旋理论,建立了手指的静态模型,详细分析与计算了抓取力和驱动力之间的关系,给出了表征抓取力的雅可比矩阵与力传递关系矩阵,它们能为分析抓取力提供直观的表达式,并给出了实际的算例。
口对多指手的设计尺寸进行了综合分析,以手指性能为指标,给出了当前抓取范围下的最优结构参数,对整体结构、精确捏取机构、手掌及驱动系统作了详细的分析与设计,并为多指手选择了合适的驱动电机。
口开发了基于MCS51系列单片机的多指手的驱动控制系统,对所制作的多指手样机进行了不同类型果蔬的抓取实验,验证了分析与设计结果的正确性。
口确定了机械臂的结构,简述驱动系统的选型方法,对机械臂的机械结构与驱动系统作了详细的设计。
口利用Matlab的机器人工具箱作了机械臂的运动学分析与计算,并用二次开发的方法将将计算结果导入CATIA建立的机械臂的虚拟样机中,实现了虚拟样机仿真与Matlab分析计算的联合,大大提高了分析验证的效率与准确性。
本文的研究工作对以欠驱动多指手作为末端执行器的果蔬采摘机器人的实际应用有现实的意义。