移動機(jī)器人機(jī)械臂的設(shè)計

本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第1頁共47頁1引言11移動機(jī)器人機(jī)械臂的研究意義及目的本文以實(shí)際項(xiàng)目小型地面移動機(jī)器人的機(jī)械臂為研究對象。設(shè)計移動機(jī)器人的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)。所謂移動機(jī)械臂，就是將機(jī)械臂安裝在是一個小型多用途移動作業(yè)機(jī)器人智能移動平臺，小型多用途移動作業(yè)機(jī)器人是一個智能移動平臺，其上可搭載爆炸物處理、偵察、通訊、探測系統(tǒng)或其他特殊作業(yè)系統(tǒng)。移動機(jī)械臂用來實(shí)現(xiàn)一些動作如抓取，可以在機(jī)械臂的末端執(zhí)行器上安裝一定的工具進(jìn)行作業(yè)，通過移動平臺的移動來擴(kuò)大機(jī)械臂的工作空間，這種結(jié)構(gòu)使移動機(jī)械臂擁有更大的操作空間和高度的運(yùn)動冗余性，并同時具有移動和操作功能，這使它優(yōu)于傳統(tǒng)的機(jī)械臂，則具有了更廣闊的應(yīng)用前景1。目前智能移動機(jī)器人正向著擬人化、仿生化、小型化、多樣化方向發(fā)展，其應(yīng)用也越來越廣泛，幾乎滲透到各個領(lǐng)域2。移動機(jī)器人技術(shù)的研究屬于多學(xué)科相互交叉，相互滲透的，對它的研究具有很大的理論價值和廣闊的應(yīng)用前景。在工業(yè)機(jī)器人問世40多年后的今天，機(jī)器人己被人們看作為一種生產(chǎn)工具，同時隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和人們生活水平的提高，機(jī)器人的功能己不再是只能從事某項(xiàng)簡單的操作，而是可以承擔(dān)多種任務(wù)機(jī)器人的工作環(huán)境也不再是固定在工廠和車間現(xiàn)場，而是開始走向海洋、太空和戶外，有些甚至已經(jīng)進(jìn)入醫(yī)院、家庭和娛樂場所。具有智能特性的自主式移動機(jī)器人正在向非制造業(yè)方向擴(kuò)展，這些非制造業(yè)包括航天、海洋、軍事、建筑、醫(yī)療護(hù)理、服務(wù)、農(nóng)林、辦公自動化和災(zāi)害救護(hù)等，如飛行機(jī)器人、海難救援機(jī)器人、化肥和農(nóng)藥噴撒空中機(jī)器人、護(hù)理機(jī)器人等。近年來，對移動機(jī)器人的研究受到重視，仿照生物的功能而發(fā)明的各種移動機(jī)器人越來越多，小到娛樂機(jī)器人玩具、家用服務(wù)機(jī)器人，大到工程探險、反恐防爆、軍事偵察機(jī)器人等。相應(yīng)地，這些領(lǐng)域?qū)λ鶓?yīng)用的移動機(jī)器人系統(tǒng)也提出了更高的要求，特別是在機(jī)器人的運(yùn)動速度、靈活性、自主性、作業(yè)能力等方面的要求越來越高。因此，無論是在制造業(yè)還是在非制造業(yè)，具有智能特性的自主式移動機(jī)器人成為了國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。歷史上一切高新技術(shù)無不首先應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，移動機(jī)器人機(jī)械臂也不例外。隨著二十世紀(jì)末的幾場局部戰(zhàn)爭和二十一世紀(jì)初期席卷全球的反恐戰(zhàn)爭進(jìn)程，特種戰(zhàn)爭以及城市戰(zhàn)爭日益成為戰(zhàn)爭一類型的主角，這一轉(zhuǎn)變直接推動了各國地面移動本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第2頁共47頁作戰(zhàn)平臺即軍用地面移動機(jī)器人的發(fā)展。現(xiàn)代戰(zhàn)爭凸現(xiàn)了局部范圍內(nèi)的信息化，而戰(zhàn)場機(jī)器人憑借自身的優(yōu)勢特點(diǎn)，已經(jīng)在本世紀(jì)的戰(zhàn)爭，例如伊拉克戰(zhàn)爭中成為耀眼的新星。現(xiàn)代戰(zhàn)場尤其是城市內(nèi)反恐怖戰(zhàn)爭中單兵的生存能力受到了極大的挑戰(zhàn)，微小型地面移動機(jī)器人由于體積小、隱蔽性好、快速反應(yīng)、機(jī)動性好、生存能力強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，并且可以在遠(yuǎn)程遙控甚至自主情況下完成部分原本由士兵完成的任務(wù)，可以不論白天還是黑夜都能了解周圍的樓房里及街道上的敵情。除偵察外，微小型機(jī)器人搭載微小型武器系統(tǒng)還可完成諸如掃雷、排除爆炸物、控制武器射擊等各項(xiàng)任務(wù)，而且不會有人員傷亡，極大減少了傷亡率。因此特別適用于城市和惡劣環(huán)境下的局部戰(zhàn)爭和信息、戰(zhàn)爭，具有重大意義和軍事效益。二十一世紀(jì)的戰(zhàn)場，戰(zhàn)爭的初期極可能是一場無人系統(tǒng)的較量。永不疲倦、無所畏懼的微小型無人移動機(jī)器人是最理想的士兵。它們已在戰(zhàn)爭中顯示出的作戰(zhàn)本領(lǐng)，可以證明它們在未來戰(zhàn)場上的重要地位。微小型無人移動機(jī)器人的機(jī)械臂特別適用于城市和惡劣環(huán)境下如核、生、化戰(zhàn)場等的局部戰(zhàn)爭和信息戰(zhàn)爭，具有重大戰(zhàn)略意義和效益。12移動機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及研究小型地面移動機(jī)器人機(jī)械臂在未來生活中，包括消防、探測等危險作業(yè)中的應(yīng)用將會越來越廣。包括在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用將是發(fā)展的必然趨勢，也是我國國防科技行業(yè)重點(diǎn)支持的方向之一。通過對小型移動機(jī)器人機(jī)械臂系統(tǒng)研制，在整體系統(tǒng)的各個方面積累了比較豐富的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，相信經(jīng)過不斷的發(fā)展和改進(jìn)移動機(jī)器人機(jī)械臂將走向成熟和實(shí)用化。未來移動機(jī)器人機(jī)械臂將有以下主要特點(diǎn)更優(yōu)的性能質(zhì)量比更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力更高的智能性能具有成熟的機(jī)械臂系統(tǒng)軍品級別的可靠性。121國外移動機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀國外在移動機(jī)器人機(jī)械臂方面的研究起步較早，初期的研究主要從學(xué)術(shù)角度研究室外機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)和信息處理，并建立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。雖然由于80年代對機(jī)器人的智能行為期望過高而導(dǎo)致室外移動機(jī)器人機(jī)械臂的研究未達(dá)到預(yù)期的效果，但卻帶動了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，為探討人類研制智能機(jī)器人機(jī)械臂的途徑積累了經(jīng)驗(yàn)，同時也推動了其它國家對移動機(jī)器人機(jī)械臂的研究與開發(fā)。進(jìn)入90年代，隨著技術(shù)的進(jìn)步，移動機(jī)器人機(jī)械臂開始在更現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上開拓各個應(yīng)用領(lǐng)域，向?qū)嵱没M(jìn)軍。例如2002年IROBOT研制的金字塔探測機(jī)器人“金本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第3頁共47頁字塔漫游者”，身長30厘米，寬12厘米，高度可在11至28厘米之間調(diào)節(jié)。機(jī)器人身帶5件法寶超聲波傳感器、地面探測雷達(dá)系統(tǒng)、力度測量儀、高分辨率光纖鏡頭和導(dǎo)電傳感器，具備世界上最小的地面探測雷達(dá)系統(tǒng)，可以穿透厚超過90厘米的混凝土。美國在2003年發(fā)射的兩輛火星探測車“勇氣”號和“機(jī)遇”號分別于2004年1月3號和24號在火星的不同區(qū)域安全著陸，并完成了90個火星日的科研工作。拿“勇氣”號探測車來說，就是一個具有手臂的移動機(jī)器人。他的大腦是一臺高速計算機(jī)，車體靠自身具有的六個輪子在火星地面運(yùn)動，視覺系統(tǒng)采用一對全景照相機(jī)來拍攝火星表面和天空的全景視圖，也用于形成著陸點(diǎn)附近的地形圖、搜索感興趣的巖石和土壤，來完成尋找火星遠(yuǎn)古時期存在液態(tài)水的證據(jù)的工作。另外分別于車體前端和后端安裝了兩組相同的避危攝像機(jī)，由一組立體影像的黑白攝影機(jī)所構(gòu)成的，所拍攝的影像除了用于障礙物偵測之外還用于探測車的路徑規(guī)劃上。最先進(jìn)的要數(shù)探測車上的機(jī)械手臂，手臂末端裝備了各種工具，有顯微鏡成像儀、三種質(zhì)譜儀和兩種分光計，一套巖石研磨和樣本采集土具以及三個磁鐵陣列，所有設(shè)備主要是用來尋找火星上是否曾經(jīng)有液態(tài)水的證據(jù)。西班牙羅斯羅卡公司研制的“羅德”輪式機(jī)器人。該機(jī)器人可用于清理雷場和處理炸藥等危險物品。該車長14M,寬067M、高08M、重350KG、6X6驅(qū)動、動力裝置為1臺電動機(jī)，車上供電蓄電池可使用2H，車速前進(jìn)或后退可在0至65KM/H之間連續(xù)變化。車上裝有活動操作臂，有6個自由度，固定在機(jī)器人車的旋轉(zhuǎn)塔上。機(jī)械臂不伸長時可吊重80KG，伸直時最長為15M，此時可吊重16KG。操作臂頂端裝有夾爪，夾緊力可達(dá)30KG，能把物體提升至275M高。該車采用100M或250M長的電纜或無線電裝置進(jìn)行遙控。機(jī)械手完成整個操作過程必須借助1臺黑白或彩色電視顯示器，顯示車上3個攝像機(jī)獲得的監(jiān)視駕駛、機(jī)械臂控制和夾爪操作的圖像。車上裝有兩個鹵氣探照燈，可在夜間或能見度很低的地區(qū)使用。除室外移動機(jī)器人外，世界各國在遙控移動機(jī)器人、高完整性機(jī)器人、生態(tài)機(jī)器人學(xué)生物機(jī)器人學(xué)、多機(jī)器人系統(tǒng)、環(huán)境與移動機(jī)器人系統(tǒng)的集成等方面都作了大量的研究。122國內(nèi)移動機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)對移動機(jī)器人機(jī)械臂的研究起步雖然較晚，但經(jīng)過近幾十年的發(fā)展也取得了很大進(jìn)步，但大多數(shù)研究尚處于某個單項(xiàng)研究階段。國內(nèi)的移動機(jī)器人機(jī)械臂研究主要經(jīng)歷了算法的研究和仿真、國外機(jī)器人平臺的引進(jìn)和自主開發(fā)三個階段。下本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第4頁共47頁面是國內(nèi)的主要研究成果?！熬盼濉逼陂g由浙江大學(xué)、南京理工大學(xué)、國防科大、清華大學(xué)、北京理工大學(xué)聯(lián)合研制了ALVLABII型陸地移動機(jī)器人，并成功完成了全部實(shí)驗(yàn)測試，正常行駛速度為306KM/H，同時支持臨場感遙控駕駛及戰(zhàn)場偵察等功能。清華V型智能車THMRV是清華大學(xué)智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在中科院院士張錢教授主持下研制的新一代智能移動機(jī)器人，兼有面向高速公路和一般道路的功能，于1994年通過鑒定。車體采用道奇7座廂式車改裝，裝備有彩色攝像機(jī)和激光測距儀組成的道路與障礙物檢測系統(tǒng)由差分GPS、磁羅盤和光電碼盤組成的組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)等。兩套計算機(jī)系統(tǒng)分別進(jìn)行視覺處理，完成信息、融合、路徑規(guī)劃、行為與決策控制等功能。4臺IPC工控機(jī)分別完成激光測距信J息、處理、定位信息、處理、通訊管理、駕駛控制等功能。設(shè)計行駛于高速公路車速為80KRN/H，一般道路為20KM/H。目前已能夠在校園的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下，進(jìn)行道路跟蹤和避障礙自主行駛。清華大學(xué)智能車涉及到五個方面的關(guān)鍵技術(shù)基于地圖的全局路徑規(guī)劃技術(shù)，基于傳感器信息的局部路徑規(guī)劃技術(shù)，路徑規(guī)劃的仿真技術(shù)，傳感技術(shù)、信息融合技術(shù)和智能移動機(jī)器人的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)。DYI型導(dǎo)游服務(wù)機(jī)器人是海爾一哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)公司推出的新一代智能導(dǎo)游機(jī)器人，該機(jī)器人由伺服驅(qū)動系統(tǒng)、多傳感器信息、避障及路徑規(guī)劃系統(tǒng)、語言識別及語言合成系統(tǒng)組成。導(dǎo)游機(jī)器人由蓄電池供電，可連續(xù)運(yùn)行4H，在一定環(huán)境下可自主行走，并可進(jìn)行避障，并通過語啟一系統(tǒng)可以進(jìn)行人機(jī)交互。此外還有香港城市大學(xué)智能設(shè)計自動化及制造研究中心的自動導(dǎo)航車和服務(wù)機(jī)器人、中科院沈陽自動化所研發(fā)了具有自主產(chǎn)權(quán)的激光導(dǎo)引AGV和用于公安防暴的“靈晰一B”型移動機(jī)器人、中國科學(xué)院自動化所自行設(shè)計制造的全方位移動機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)等。本文主要論述是移動機(jī)器人機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計。123移動機(jī)器人的研究熱點(diǎn)綜合國內(nèi)外對于移動機(jī)器人的研究情況，當(dāng)代移動機(jī)器人的研究主要集中于以下幾個方面。1機(jī)械臂結(jié)構(gòu)。機(jī)械臂機(jī)械結(jié)構(gòu)形式的選型和設(shè)計，是根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行的。在機(jī)械臂機(jī)構(gòu)方面，結(jié)合機(jī)器人在各個領(lǐng)域及各種場合的應(yīng)用，研究人員開展了豐富而富有創(chuàng)造性的工作。當(dāng)前，對足式步行機(jī)器人、履帶式和特種機(jī)器人研究較多。但大多數(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)階段，而輪式機(jī)器人由于其控制簡單、運(yùn)動穩(wěn)定和能源利用率高等特點(diǎn)，正在向?qū)嵱没杆侔l(fā)展。本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第5頁共47頁2運(yùn)動控制技術(shù)。穩(wěn)健的運(yùn)動控制技術(shù)是移動機(jī)器人整體性能的基礎(chǔ)，由于移動機(jī)器人機(jī)械臂本身是一個非完整約束系統(tǒng)，是一個欠驅(qū)動的零漂移的動力學(xué)系統(tǒng)，因此，該系統(tǒng)不能通過連續(xù)可微的時不變的狀態(tài)反饋加以鎮(zhèn)定。為此，通過時變、不連續(xù)控制以及混合策略，根據(jù)動力學(xué)模型和運(yùn)動學(xué)模型，建立合理的反饋控制律，實(shí)現(xiàn)速度和轉(zhuǎn)向的自動控制，以及不同工作狀態(tài)之間的平穩(wěn)過渡，是該項(xiàng)技術(shù)的核心內(nèi)容。3路徑規(guī)劃技術(shù)。該技術(shù)主要包括基于地理信息的全局路徑規(guī)劃技術(shù)和基于傳感信息的局部路徑規(guī)劃技術(shù)。由于自主式移動機(jī)器人機(jī)械臂在行駛中，必須避開它無法通過的或?qū)ζ浒踩旭倶?gòu)成威脅的障礙物或區(qū)域，因此局部路徑規(guī)劃，尤其是復(fù)雜環(huán)境下的路徑規(guī)劃問題，顯得更為重要。4實(shí)時視覺技術(shù)。該技術(shù)主要涉及到視覺信息的實(shí)時采集、預(yù)處理、特征提取和模式識別。而且，視覺信息處理的能力、處理速度、處理的可靠性和準(zhǔn)確性是決定智能機(jī)器人整體性能的決定性因素。5定位和導(dǎo)航技術(shù)。該技術(shù)是現(xiàn)代移動機(jī)器人機(jī)械臂研制所急需的關(guān)鍵技術(shù)，也是下一代無人戰(zhàn)車的技術(shù)基礎(chǔ)。位置的測量可以分為相對位置測量和絕對位置測量，測量方法有里程計、慣性導(dǎo)航、主動燈塔、磁羅盤、全球定位系統(tǒng)、地圖模型匹配和自然路標(biāo)導(dǎo)航等。6多傳感集成和數(shù)據(jù)融合技術(shù)。自主式移動機(jī)器人機(jī)械臂采用測距技術(shù)，GPS定位技術(shù)和小型陀螺儀技術(shù)等多種傳感技術(shù)來采集不同類型的環(huán)境信息。因此，準(zhǔn)確地處理和分析不同傳感器采集到的信息，用于對所處環(huán)境作出準(zhǔn)確可靠的描述，并據(jù)此作出正確的決策和控制，是多傳感集成和數(shù)據(jù)融合研究的任務(wù)。7高性能計算技術(shù)。在移動機(jī)器人機(jī)械臂的早期研究工作中，專用硬件結(jié)構(gòu)為多數(shù)研究者所采用，這是因?yàn)楫?dāng)時市場上的通用硬件不能滿足諸如實(shí)時圖像處理所需的計算能力。近年來，隨著計算機(jī)計算能力的迅猛提高畢業(yè)設(shè)計論文代做平臺580畢業(yè)設(shè)計網(wǎng)是專業(yè)代做團(tuán)隊(duì)也有大量畢業(yè)設(shè)計成品提供參考WWWBYSJ580COMQQ3449649974，研究者們開始采用通用處理器來構(gòu)建機(jī)器人系統(tǒng)。目一前用于移動機(jī)器人機(jī)械臂的硬件結(jié)構(gòu)多數(shù)采用一個高速通用處理器加上幾個專用板卡或芯片用于顏色查表、模板匹配或數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)計算，或者通過實(shí)驗(yàn)確定算法和硬件原型后，利用嵌入式的系統(tǒng)來縮小體積，達(dá)到優(yōu)化的性能。8無線通信與因特網(wǎng)技術(shù)。這兩項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人臂之間的通信和信息本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第6頁共47頁共享，以及移動機(jī)械臂與外部的聯(lián)系。本文要研究是移動機(jī)器人機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計。13本課題的來源和研究內(nèi)容本課題來源于南京市科技局的科技計劃項(xiàng)目，具有較大的應(yīng)用價值。結(jié)合當(dāng)前小型移動機(jī)器人的發(fā)展，而進(jìn)行移動機(jī)器人機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算，要求結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，以提高機(jī)器人臂桿系統(tǒng)的運(yùn)動性能。將移動機(jī)械臂安裝在是一個小型多用途移動作業(yè)機(jī)器人智能移動平臺，可以用于執(zhí)行爆炸物處理、偵察、通訊、探測系統(tǒng)或其他特殊任務(wù)。通過幾個階段系統(tǒng)的分析、設(shè)計與計算等過程，提高分析與解決工程實(shí)際問題的能力。具備較扎實(shí)的機(jī)械設(shè)計及自動化方面的專業(yè)知識，能較熟練的使用CAD軟件或其他工程設(shè)計與分析軟件進(jìn)行設(shè)計。本課題以小型地面移動機(jī)器人的機(jī)械折疊臂為研究對象，設(shè)計了移動機(jī)器人機(jī)械臂的設(shè)計。論文以實(shí)際工程為背景，結(jié)合移動機(jī)器人機(jī)械臂研究設(shè)計過程中遇見的問題，進(jìn)行分析。內(nèi)容安排如下在了解總體尺寸、重量及運(yùn)動指標(biāo)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析和比較；對選定的方案進(jìn)行機(jī)構(gòu)造型、分析、設(shè)計與計算；繪制該系統(tǒng)裝配圖及部分零件圖；編寫設(shè)計、計算說明書。設(shè)計機(jī)械臂及夾持機(jī)構(gòu)。設(shè)計數(shù)據(jù)要求機(jī)械臂折疊時總長650MM，單臂桿轉(zhuǎn)動范圍150，旋動速度05RAD/S，系統(tǒng)自重7KG。機(jī)器人底盤系統(tǒng)的總體尺寸不超出長寬高800MM540MM260MM。機(jī)械臂的抓取重量為3KG，抓取對象為直徑40MM、長度360MM的圓柱體。本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第7頁共47頁2移動機(jī)器人機(jī)械臂的總體設(shè)計21機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的確定作為一款多功能移動機(jī)器人，為完成如排爆等任務(wù)，抓取危險物品移動至安全爆地點(diǎn)，能夠靈活的移動到指定的目標(biāo)位置來抓取目標(biāo)物，能夠方便的伸長、旋轉(zhuǎn)達(dá)到不同的姿態(tài)，自由度太少將大大限制機(jī)械手的工作空間，無法抓取目標(biāo)物，有時考慮到目標(biāo)物可能置于狹小空間中，還應(yīng)該使機(jī)械手能夠有效達(dá)到避障的目的。考慮到還有底盤的移動以及機(jī)械臂的重量。本文設(shè)計的機(jī)械手具有3個自由度。下面分別是手部、臂部和肩部的具體設(shè)計。機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)如圖21所示圖21機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)1手部關(guān)節(jié)2肘關(guān)節(jié)3肩關(guān)節(jié)4轉(zhuǎn)臺22機(jī)械臂設(shè)計的主要參數(shù)221臂長的確定加拿大西蒙弗雷澤大學(xué)的高峰等人根據(jù)人體手臂和腿部的機(jī)構(gòu)組成，提出了尺本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第8頁共47頁寸綜合的三動桿原理19，作為機(jī)械手機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)的評價準(zhǔn)則。該原理的內(nèi)容是人體手臂、腿部及動物四肢從機(jī)構(gòu)原理上分析都可以看作三自由度平面三動桿演化來，因?yàn)闆Q定它們的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征的最基本的部分是平面運(yùn)動，這部分運(yùn)動被稱為三動桿的主運(yùn)動，它是瞬時運(yùn)動軸線平行的三動桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動，三自由度面的動桿機(jī)構(gòu)可以作為上述機(jī)構(gòu)的簡化模型，該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)的評價準(zhǔn)則同樣可以用來衡量手臂機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)性質(zhì)。根據(jù)三動桿基本運(yùn)動理論，仿人手臂可以看作三動桿機(jī)構(gòu)，即將大臂、小臂、手爪作為三動桿。假定機(jī)械手各部分長度為上臂A、小臂B、手爪C，LABC/3，則可得到R1A/L，根據(jù)三動桿機(jī)構(gòu)的性能分析，可以得出下面的結(jié)論，即當(dāng)三桿長度滿足下列條件，R1R2112，并且R36084901由此可以看出蝸輪蝸桿雖然符合條件，而且差大于1，故自鎖可靠。D蝸輪蝸桿式的肩部易于旋轉(zhuǎn)方向的要求。肩部是蝸輪蝸桿傳動，蝸桿固定于蝸輪箱內(nèi)，蝸輪位于蝸輪箱內(nèi)，通過軸套與轉(zhuǎn)軸相連，與蝸桿嚙合。進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動操作時，主控計算機(jī)把臂部角度與目標(biāo)點(diǎn)的角度進(jìn)行比較，角度的差值通過電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)轉(zhuǎn)動經(jīng)配套的減速器后，經(jīng)過一對齒輪副的傳動，帶動蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿與蝸輪嚙合，使得與蝸輪通過軸套連接的肩部轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，從而使得固定于肩部轉(zhuǎn)軸的臂部轉(zhuǎn)動，賦予肩部在150度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。E蝸輪副的傳動一般具有工作平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊的特定，但是在這里將它用作移動機(jī)械臂的肩部傳動機(jī)構(gòu)后，具體情況有所變化。因?yàn)槲佪單仐U分別安裝在箱體上，不能實(shí)現(xiàn)對蝸輪蝸桿的固定裝置進(jìn)行組合加工來保證蝸輪蝸桿的中心距有較小的偏差裝配時，蝸輪中心與回轉(zhuǎn)中心不易重合，存在較大的偏差。從而不能保證蝸桿軸線與蝸輪的節(jié)圓在同一平面內(nèi)。所以解決的辦法是蝸桿兩端加上調(diào)整墊片。也就是本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第43頁共47頁說，在傳動過程中，蝸輪蝸桿的嚙合情況是變化的，這就使得電機(jī)驅(qū)動肩部轉(zhuǎn)動時出現(xiàn)轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)、驅(qū)動力不均勻現(xiàn)象。又因?yàn)榧绮繛橐患墏鲃?，而且旋轉(zhuǎn)部分很重，體積較大，進(jìn)行肩部旋轉(zhuǎn)定位時，回轉(zhuǎn)慣性也就較大，同時也沒有消除回轉(zhuǎn)慣性力矩的緩沖機(jī)構(gòu)，這種回轉(zhuǎn)慣性也就敏感地、直接地反映到電機(jī)上來。由于法蘭盤和臂部體積較大，使得肩部的體積也較大，且不夠緊湊。63本章小結(jié)移動機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)分析以及以肩部為重點(diǎn)的結(jié)構(gòu)分析。結(jié)束語總結(jié)本文對移動機(jī)器人的移動機(jī)械臂結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，包括一個3個自由度移動機(jī)械臂，移動機(jī)械臂的設(shè)計包括肩部，臂部及手部的結(jié)構(gòu)設(shè)計。并對機(jī)械臂進(jìn)行了性能分析。移動機(jī)械臂，繞水平軸旋轉(zhuǎn)的自由度肩部使用了蝸輪蝸桿副，臂部使用了圓錐齒輪傳動，手部使用了直齒圓柱齒輪及左右螺旋的形式傳動。移動機(jī)器人機(jī)械臂進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用PRO/ENG對機(jī)械手建模運(yùn)動仿真。由于作者的水平有限，而且對有些相關(guān)學(xué)科，如傳感器技術(shù)、控制技術(shù)等并不是很了解，仍有許多問題需要解決，還有許多問題值得進(jìn)一步討論和更加深入的研究與展望1機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題在移動機(jī)器人設(shè)計過程中，包括移動機(jī)械臂，采用模塊化設(shè)計，不同功能結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行設(shè)計，各模塊之間連接采用最優(yōu)方式。但是在模塊各零件設(shè)計過程中，各參數(shù)計算選擇主要從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度要求出發(fā)，很多零件為了匹配，比實(shí)際需求尺寸大很多。包括一些非關(guān)鍵零件設(shè)計，均是根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)設(shè)計，選擇尺寸。這種設(shè)計不僅增加了整個系統(tǒng)質(zhì)量，同時增加了電機(jī)負(fù)載，造成了資源浪費(fèi)。在各模塊整體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化也很重要。通過各零件之間最優(yōu)配合，本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第44頁共47頁使機(jī)械運(yùn)動在實(shí)現(xiàn)功能前提下，實(shí)現(xiàn)最高傳動效率，將能量消耗降到最低。臂部的關(guān)節(jié)應(yīng)該放在大臂上，不應(yīng)該放在小臂上，增加了小臂的重量，增大了小臂的傳動力矩，以及增加了臂部傳動負(fù)荷。（2）計算機(jī)的有限元的分析沒有做。通過對計算機(jī)有限元軟件的更深層次挖掘，對零件的強(qiáng)度和剛度和臂部的力學(xué)分析，會得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。這個以后可以作為后續(xù)學(xué)習(xí)的方向。3移動機(jī)械臂自主控制系統(tǒng)的建立有待于進(jìn)一步研究，以及它的運(yùn)動控制技術(shù)，路徑規(guī)劃技術(shù)，實(shí)時視覺技術(shù)，定位和導(dǎo)航技術(shù)，多傳感集成和數(shù)據(jù)融合技術(shù)，高性能計算技術(shù)，無線通信與因特網(wǎng)技術(shù)問題也是多個有待研究的方面。移動機(jī)器人在未來生活中，包括消防、探測等危險作業(yè)中的應(yīng)用將會越來越廣。包括在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用將是發(fā)展的必然趨勢，也是我國國防科技行業(yè)重點(diǎn)支持的方向之一。通過對移動機(jī)器人機(jī)械臂系統(tǒng)設(shè)計，在整體系統(tǒng)的各各方面積累了比較豐富的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，相信經(jīng)過不斷的發(fā)展和改進(jìn)移動機(jī)器人將走向成熟和實(shí)用化。未來移動機(jī)器人將有以下主要特點(diǎn)1更優(yōu)的性能質(zhì)量比2更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力3更高的智能性能4具有成熟的搭載系統(tǒng)相信隨著社會的進(jìn)步，科技的發(fā)展，本系統(tǒng)的研究將具有很大的市場潛力和廣闊的發(fā)展前景。本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第45頁共47頁致謝論文是在導(dǎo)師周建平老師的精心指導(dǎo)下完成的，自論文的選題到各章中若干重要基本問題的研究都傾注了導(dǎo)師的智慧。周老師淵博的知識、敏銳的洞察力以及富于啟發(fā)性的分析使我受益匪淺，周老師嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的治學(xué)作風(fēng)和勤奮進(jìn)取的工作精神使我受到極大的鞭策。在此，謹(jǐn)向我最尊重的周老師老師致以最誠摯的謝意感謝泰科院的老師們在我求學(xué)期間給予的關(guān)心和幫助。感謝同學(xué)們給予