輪式移動(dòng)機(jī)械臂設(shè)計(jì)與定位及路徑規(guī)劃研究.pdf

1、在當(dāng)前中國制造業(yè)發(fā)展水平極不均衡和國家大力推動(dòng)“中國制造”向“中國智造”轉(zhuǎn)變的背景下，“機(jī)器換人”已成為當(dāng)前中國制造業(yè)發(fā)展模式和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的必由之路。輪式移動(dòng)機(jī)械臂將輪式移動(dòng)小車及機(jī)械臂結(jié)合起來，使得機(jī)械臂擁有了無限的操作空間及更高的靈活性，在制造業(yè)中擁有巨大的應(yīng)用前景，尤其在一些有中華傳統(tǒng)文化背景的行業(yè)更為明顯。針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)中黃酒酒壇古法封蓋工序的自動(dòng)化升級(jí)需求，本文針對(duì)黃酒封蓋機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)械臂展開研究，主要完成的工作如下：

2、>　　設(shè)計(jì)了一種輪式移動(dòng)機(jī)械臂，該機(jī)械臂包含輪式移動(dòng)車體和操作臂兩部分。根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求，確定了該機(jī)械臂的設(shè)計(jì)參數(shù)，完成了車體驅(qū)動(dòng)方式選擇及機(jī)械臂構(gòu)型方案確定，進(jìn)行了受力分析，元部件選型，完成車體和機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并建立了三維實(shí)體模型；所給出的機(jī)械臂構(gòu)型方案符合模塊化、輕量化及低功耗化要求。利用ANSYS有限元軟件對(duì)車體驅(qū)動(dòng)輪部分和機(jī)械臂的受力變形分析并對(duì)局部結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。
　　對(duì)該輪式移動(dòng)機(jī)械臂進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。分別建立了

3、移動(dòng)車體和機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，給出了輪式移動(dòng)車體的航位推算方法和機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解；在此基礎(chǔ)上，通過齊次坐標(biāo)變換方法建立了移動(dòng)機(jī)械臂的整體運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，繪制了機(jī)械臂工作空間，為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制奠定了基礎(chǔ)。
　　針對(duì)移動(dòng)機(jī)械臂在作業(yè)位置附近時(shí)末端執(zhí)行器的精確作業(yè)需求，給出了一種基于超聲波和視覺的多傳感器二級(jí)定位方案及方法。在車體運(yùn)動(dòng)過程中通過車體前部側(cè)面超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)相對(duì)酒壇的初級(jí)定位；在機(jī)械臂到達(dá)作業(yè)位置后，通過機(jī)械臂末端攝像頭近距

4、離拍攝，實(shí)現(xiàn)對(duì)相對(duì)酒壇的精確定位；對(duì)超聲波測(cè)距傳感器掃描模型進(jìn)行了分析，給出了通過超聲掃描數(shù)據(jù)獲得被測(cè)平板及曲面對(duì)象的方法；根據(jù)方案進(jìn)行了二級(jí)定位實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明移動(dòng)機(jī)械臂能夠精確地將蓋子蓋于壇口之上，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)移動(dòng)機(jī)械臂相對(duì)作業(yè)對(duì)象的精確定位。
　　針對(duì)移動(dòng)機(jī)械臂的多位置連續(xù)作業(yè)需求，給出了一種遞進(jìn)人工勢(shì)場平滑路徑規(guī)劃方法?；诳朔四繕?biāo)不可達(dá)和局部勢(shì)場最小點(diǎn)問題的改進(jìn)人工勢(shì)場法，針對(duì)實(shí)際酒壇的位置，依賴于移動(dòng)機(jī)械臂作業(yè)過程中超聲