并联柔性拾放机器人的结构设计与测试分析

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拾放机器人一般是用于完成工业中对目标物体进行拾取和放置的任务,它减轻了工人的负担,并且自身具有诸多优点。在工业领域,拾放机器人刚性机构设计趋于成熟,但仍有着质量较大、人机协同工作时危险系数较高等缺陷。与此同时,弹性杆作为新型设计材料,由于其自身材料优点,已应用在医疗、勘探等领域。基于此,本文提出一种可应用于拾放任务的并联弹性杆机器人机构。首先从机器人的类型开始研究,分别分为串联机器人和并联机器人,刚性机器人和柔性机器人。通过对机器人结构发展和进化过程的研究,并对Delta机器人功能及工业性能进行了详细分析,为本文的并联机构设计提供了启示和参考。本文在已有结构设计框架的基础上,考虑拾放机器人实际功能的需求,进行了合理轨迹规划、控制系统及驱动系统的选择、夹持系统的设计。其次,对已有结构设计框架进行详细设计,用数学方法确定了机构尺寸。利用简化的Cosserat弹性杆模型,从刚体运动的角度描述弹性杆的变形,导出弹性杆动力学模型。在Matlab中建立了并联弹性杆方程及虚拟样机模型,通过对关键材料和工作空间的分析,得到了相应机构参数。接下来设计并建立物理样机模型,为原型机的制造提供了参考。最后,对搭建的原型机进行测试并分析其表现,研究输入角度、力矩与末端的位移的关系,通过试验测试验证了理论的正确性与机构设计的可行性。并对从设计到搭建完成的整个过程进行总结,给出了未来改进与发展的方向。
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