【摘 要】
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手腕单元是机器人整体机构中必不可少的一环,手腕单元的机构性能直接影响着机器人末端执行器的性能及作业能力。针对主流电驱手腕严重依赖高精密减速器和长时间带载工作电机发热严重的问题以及煤矿井下防爆全液压机械臂的需求,本文设计了一款新型的基于液压驱动技术的运动解耦的三自由度球型手腕,然后基于此手腕做了一系列的研究。首先,根据设计要求制定了基于液压驱动的新型手腕结构方案及驱动方案,对制定的结构方案进行理论分
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手腕单元是机器人整体机构中必不可少的一环,手腕单元的机构性能直接影响着机器人末端执行器的性能及作业能力。针对主流电驱手腕严重依赖高精密减速器和长时间带载工作电机发热严重的问题以及煤矿井下防爆全液压机械臂的需求,本文设计了一款新型的基于液压驱动技术的运动解耦的三自由度球型手腕,然后基于此手腕做了一系列的研究。首先,根据设计要求制定了基于液压驱动的新型手腕结构方案及驱动方案,对制定的结构方案进行理论分析与计算,根据计算结果对手腕所涉及的部件的参数进行设计;在此基础上,对液压作动器的参数进行计算与设计;此外,为了使手腕整机结构紧凑且能满足设计要求,还需考虑传感器的布置,进而完成对手腕的概念设计;建立手腕的整机三维实体模型并对其结构和尺寸做进一步优化与完善。其次,针对所设计手腕的机械结构与驱动方案,对手腕进行理论分析,建立手腕的正/逆运动学模型并进行仿真研究与分析;运动学仿真结果表明:通过油缸驱动手腕仰俯/侧摆关节方案以及液压马达+球笼式等速万向节驱动手腕自转关节方案是正确与可行的;动力学仿真结果表明:所设计的手腕驱动方案是合理性。最后,本文针对目前被广泛应用的传统模糊PID控制算法的（35）Kp规则库在对Kp参数进行在线修正时存在精准度不足的问题,对（35）Kp规则库进行分析并确定不合理规则的所在位置,然后对其进行调整与改进,完成对（35）Kp规则库的优化,设计了新的控制策略—改进模糊PID;借助多领域协同仿真技术,以期证实改进方法的优越性以及提高系统的控制性能;研究结果表明:新的（35）Kp规则库相比于传统的（35）Kp规则库对Kp参数进行在线修正时更加灵活与准确,克服了原有（35）Kp规则库存在的问题,使改进模糊PID控制器的伺服跟踪精度和抗干扰能力都得到了显著的提升;为实现手腕的高精度位姿伺服控制提供了控制器这一关键一环;基于Recurdyn-simulink-AMESim的机电液联合仿真技术建立了手腕机电液联合仿真的虚拟平台,然后借助仿真平台对手腕单关节动作和手腕多关节协同动作进行联合仿真与分析;仿真结果表明:改进模糊PID控制在手腕的位姿伺服控制中仍具有优秀的伺服控制能力和伺服跟踪精度,可以以更高的精度实现手腕的位姿伺服控制。
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