大伸缩比连续型机械臂构型研究与精度分析
文献类型：学位论文
| 作者 | 谢磊超 |
| 答辩日期 | 2021-05-21 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 刘玉旺 |
| 关键词 | 外肢体 连续型机械臂 剪叉机构 大伸缩变形 末端精度分析 |
| 学位名称 | 专业学位硕士 |
| 学位专业 | 机械工程 |
| 其他题名 | Configuration research and accuracy analysis of continuous manipulator with large telescopic ratio |
| 英文摘要 | 与人体高度融合的机器人由能力增强式外骨骼向能力拓展式外肢体方向发展，穿戴式连续型机械臂是一种与人体共融度更高的新型外肢体，可协助人体实现复杂场景中的特种任务作业。穿戴式连续型机械臂存在自重比低、长度伸缩比小和精度低等难题。本文从仿生学入手将剪叉机构原理运用到连续型机械臂设计过程中，提出一种基于剪叉机构的大伸缩比、大负载连续型机械臂构型。通过对剪叉机构原理分析以及结构拓扑优化，实现了机械臂在运动过程中的弯曲变化以及大范围收缩功能。其主体部分通过多连杆耦合单元串联构成，并设计自锁机构，在保证机械臂整体刚度的同时，达到大负载和轻质化设计的目标。同时，开展机械臂精准指向研究，对机械臂的静误差和动误差进行分析，进而减少运动过程中的定位误差，提升机械臂的末端定位精度。本文开展的主要研究工作如下：首先，开展连续型机械臂构型研究，确定机械臂的主体结构。开展剪叉机构的拓扑形态演化研究，确定连续型机械臂主体结构。臂的主体伸缩部分通过剪叉机构的耦合串联实现运动，设计刚度自锁机构，提高系统刚度和机械臂负载能力。将驱动源布置在底座部分，实现机械臂两自由度旋转。根据任务需要搭建末端两自由度平台，实现末端两自由度运动。经过对各关节形态拓扑优化，减轻结构重量，达到轻质化设计的要求，实现连续型机械臂400%的大伸缩比变形。其次，建立连续型机械臂运动学模型并进行可视化仿真验证。对各关节参数与机械臂末端位置之间的关系进行分析，通过离散化处理，由D-H算法求得关节的运动学模型。基于机械臂运动学解算，搭建机械臂可视化仿真平台，对机械臂各关节参数进行实时监控，为机械臂精准控制及实验研究提供参考。随后，开展机械臂末端误差分析。将整体机械臂进行离散化处理，由误差矩阵法思想求得各单元的误差模型，得到杆件加工误差、间隙误差等因素对单元误差的影响。基于微小位移合成法搭建整体误差模型，完成机械臂末端定位误差的静误差分析，并求得综合误差。构件拟合函数，对机械臂输入参数进行补偿。基于动力学方程，考虑杆件在运动过程中因柔性变形引起的误差，搭建模型的刚柔耦合模型，求得机械臂的杆件柔性变形对末端位置误差的影响，并通过虚拟样机模型分析对模型进行仿真验证。最后，搭建机械臂样机实验平台并开展验证实验。包括设计机械臂整体控制系统，编写驱动和控制程序，实现机械臂仿真控制平台的设计。完成样机装配，搭建测试平台并开展精度测试实验，采集实验过程中实验数据，并与理论仿真结果与软件模拟仿真结果进行对比分析。实验结果验证了误差模型的正确性，提高了机械臂末端定位精度。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 96页 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/28968]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_空间自动化技术研究室 |
| 作者单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 谢磊超. 大伸缩比连续型机械臂构型研究与精度分析[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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