超冗余仿生象鼻机器人结构设计与样机建造-论文-万方医学网

超冗余仿生象鼻机器人结构设计与样机建造

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摘要本文把生物象鼻和并联机构结合起来，在国家自然科学基金的资助下，对超冗余仿生象鼻机器人进行结构设计、位置逆解、虚拟样机仿真分析和物理样机搭建。论文取得了如下成果：<br>　　以超冗余仿生象鼻机器人为对象，建立其运动学模型。采用脊线模态法，把机器人中各单元体相互连接的中间支链用空间曲线来代替，把各单元体的末端动平台的中心点拟合到脊线上，从而得到各单元体的末端动平台的中心点的位置和姿态。再对单元体进行位置逆解，求出超冗余仿生象鼻机器人的所有驱动关节的位置变量。<br>　　通过分析生物体象鼻外部形状和运动特征，以并联机构为单元体模块，设计一种超冗余仿生象鼻机器人。设计过程中，首先对超冗余仿生象鼻机器人提出设计方案，考虑工程实际确定机器人的驱动部件，分析单元体的结构布局以及各单元体之间的连接方式，对机器人结构进行细节设计，包括动静、平台和支链安装块的设计，对关节运动副进行选型，最终构建出超冗余仿生象鼻机器人的最终设计方案。<br>　　运用虚拟样机技术，把在SolidWorks软件中创建的超冗余仿生象鼻机器人的三维模型导入到ADAMS软件中，添加各种关节约束和质量属性，对单元体和整体机器人进行运动学和动力学分析，验证机器人中驱动部件的选型正确性。再把三维模型导入到ANSYS有限元分析软件中，分析机器人的静刚度，包括应力、应变和变形量，保证机器人的设计能够满足要求，为机器人真实样机的搭建提供有力的证据。<br>　　对超冗余仿生象鼻机器人进行选材与加工，首先对各电动缸进行调试和联合运行，再单独安装每个单元体并调试。结合生物象鼻的外观，设计支撑架把超冗余仿生象鼻机器人由上至下吊挂安装，最终使机器人按照给定轨迹运行，实现生物象鼻的运动特性。