【摘 要】
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双臂机器人能够代替人们完成重复繁琐的工作,其在医疗、工业、航天和服务等领域得到了广泛应用。桌面清洁是人们每天都要重复完成的工作,尤其在酒店、餐厅等公众场所的工作量日益增长。本文面向桌面清洁任务,围绕机器人双臂系统的三维结构设计、运动学及动力学分析、控制系统硬件设计、控制系统软件设计和桌面清洁实验五个方面展开研究,论文的主要研究内容包括:（1）完成了机器人双臂系统的总体方案设计,确定了机械臂的性能指
【基金项目】
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中央高校基本科研业务费专项资金资助，（项目编号:No.N150308001），经费来源:教育部，起止年月:2016年1月-2018年12月；
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双臂机器人能够代替人们完成重复繁琐的工作,其在医疗、工业、航天和服务等领域得到了广泛应用。桌面清洁是人们每天都要重复完成的工作,尤其在酒店、餐厅等公众场所的工作量日益增长。本文面向桌面清洁任务,围绕机器人双臂系统的三维结构设计、运动学及动力学分析、控制系统硬件设计、控制系统软件设计和桌面清洁实验五个方面展开研究,论文的主要研究内容包括:（1）完成了机器人双臂系统的总体方案设计,确定了机械臂的性能指标,设计了2-1-3分布的六自由度机械臂结构,由电机驱动和绳传动;结合机械臂材料选择,分析了机械臂的驱动力,进行了电机选型;通过理论计算和实际测量,机械臂负载/自重比可达62.5%,为机械臂系统的左臂配备了夹持器,右臂配备了清洁模块。（2）利用D-H参数法进行了机械臂的运动学分析,利用Matlab软件计算了机械臂的工作空间;利用SolidWorks Motion对机械臂进行了动力学仿真,验证了机械臂结构设计以及驱动单元选择的合理性。（3）设计了机械臂底层控制系统架构,选用STM32作为底层控制器,选择了驱动器、编码器和供电模块等,支持CAN总线通信;实现电机的速度和电流的双闭环控制;利用双编码器完成了机械臂关节的齿隙误差补偿;设计了清洁模块的闭环控制算法,实现擦洗力的闭环控制,提高清洁效果。（4）完成了机械臂控制系统的软件设计,在Ubuntu14.04系统下,基于ROS设计了机械臂控制软件,编写各功能模块节点并建立节点之间的通信关系;基于快速拓展随机树法（RRT）实现笛卡尔空间的路径规划;利用Trac ik实现机械臂的逆运动学解算;通过轨迹优化算法实现关节空间的轨迹优化。通过API的方式实现机械臂的抓取运动仿真和桌面擦洗运动仿真。完成了 PC与STM32之间的通信,控制机器人运动。（5）完成了机器人双臂系统的实物制作,搭建了单一任务以及多任务下的实验场景,基于行为树的任务规划系统,完成了不同场景下的清洁实验,验证了机械臂系统的清洁能力。
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