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五自由度模块化服务机器人手臂的设计及仿真可编辑.doc
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五自由度模块化服务机器人手臂的设计及仿真可编辑.doc
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摘 要
人技术的发展,其应用领域正在逐渐扩大,从传统的工业领域向
服务行业渗透,于是产生了服务机器人的概念。服务机器人手臂
是服务机器人
的主要执行机构,对于它的研究有着重要的意义。近二十年以来,
模块化机器
人手臂一直是机器人结构设计领域的热点之一。本文基于上海市
科学技术委员
会重点项目“机器人移动部件关键技术研究",设计了一种五自由
度模块化服
务机器人手臂。
首先,根据课题要求,提出了模块化机器人手臂的总体设计方案。
运用模
块化设计方法将机器人手臂划分为关节模块和连接模块两类模
块,通过这两种
模块的组合形成其基本结构,接着对关节的驱动系统进行了选择,
对各模块进
行了详细的结构设计,并对关键的零件进行了有限元分析。
其次,对机器人手臂进行了运动学分析,建立了机器人手臂的运
动学模型,
运用 D.H 方法求出其运动学 J 下解,运用反变换法求出其逆解。
结合机器人手臂
的模块化特点,进行了机器人手臂重心的计算,为控制整部移动
服务机器人运
动平稳性奠定了基础。
再次,运用 Matlab 中的 RoboticsToolbox 建立了机器人手臂的
仿真模型,
对机器人手臂的 J 下逆运动学进行了仿真,并基于蒙特卡洛法对
其工作空间进行
了仿真,得出了工作空间的仿真结果。将用 UG 建立的机器人手臂
模型导入到
的 Adams 中,进行了机器人手臂的动力学仿真,得出在设定的工
况下其动力学
参数的变化情况。
最后,对机器人手臂样机进行了运动实验,运用逆运动学公式求
出预定轨
迹术端点的逆解,通过关节转角控制系统驱动电机,得到了期望
的结果,验证
了设计的合理性。
关键词:服务机器人手臂,模块化设计,运动学,动力学,仿真
V
traditionalndustrytoservicendustry,thustheconceptofserv
icerobotiscreated.
Servicerobotanllisthemainexecutingmechanismofservicerob
ot,ithasgreat
significancetores
archit.Inthepasttwentyyears,modularrobotarmhasbeena
hotopicnrobots
ructuraldesignfield.Basedontheprojectofkeytechnology
researchofrobotmovingpartswhichisakeyprojectofShanghaiS
cienceand
TechnologyCommission,thispaperdes
gnsa5-DOFmodularservicerobotann.
Firstly,theoveralldesignprogramofthemodularrobotamlispr
oposed
accordingtorequestofthesubject.Therobotarnlisclassified
intotwotypesof
moduleincludingjointmoduleandlinkmoduleusingmodulardesi
gnmethod,the
basicstructureoftherobotarnlisformedthroughacombination
ofhesetwotypes
ofmodule,thenthedrivesystemofthejointisselected,thestru
ctureofeachmodule
isdesignedi
detail,andthekeypartisanalyzedwithfiniteelementmethod.
Secondly,thekinematicsoftherobotarmisanalyzedinthispape
r.The
kinematicsmodeloftherobotarmisestablished.Theforwardkin
ematicsis
calculatedwithD-Hmethodandtheinversekinematicsissolvedw
ithinverse
transformmethodbinedwiththemo ularcha
acteristiesoftherobotfilm,the
centerofgravityofrobotarnliscalculated,providingbasison
controllingmovement
stabilityofthewholemobileservicerobot.
Thirdly,thesimulationmodeloftherobotannisestablishedbyR
obotics
ToolboxofMATLAB,andtheforwardninversekinematicsaresimul
atedusingit.
TheworkspaceoftherobotarmissimulatedbasedonMonteCarlome
thod,andthe
simulationresultof
heworkspaceisobtained.TheUGmodeloftherobotarnlis
Simulation
V¨
上学位论文
目 录
绪论?1
1.1 课题来源??..1
1.2 课题研究背景和意义?l
1.2.1 课题研究背景..1
1.2.2 课题研究意义?3
1.3 国内外研究现状??。3
1.3.1 机械臂研究现状 3
1.3.2 机器人运动学研究现状??。7
1.3.; 机器人仿真技术研究现状?。8
1.4 论文的主要研究内容.10
第二章机器人手臂模块化结构设计??..12
2.1 总体方案设计 12
2.1.1 设计要求??.12
2.1.2 机器人手臂的构型没计??12
2.2 机器人手臂的模块划分??13
2.2.1 模块化没计的概念?13
2.2.2 机器人手臂的模块划分??14
23 驱动系统的选择??16
2.4 各部分的具体结构?18
2.4.1 连接模块的基本结构.18
2.4.2 人臂的结构?19
2.4.3 小臂的结构?.23
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老帽爬新坡
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