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《gamma300型七自由度機械臂建模與仿真》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、中北大學學位論文1.引言1.1研究背景和意義機器人這個名詞所涵蓋的領(lǐng)域非常廣泛，不僅包括機械、電子、自動化等方面，同時還涉及計算機以及人工智能等多種學科，是目前科技發(fā)展中最活躍的領(lǐng)域之一。機械臂是通過對人類的手臂進行模仿，從而創(chuàng)造出的一種能夠?qū)崿F(xiàn)抓握、移動等目的的機械裝置，具有能穩(wěn)定性、持久性的工作特點，在實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率、高標準的工業(yè)化生產(chǎn)過程中扮演十分重要的角色。到二十世紀中葉，人們對機械臂的發(fā)明和使用產(chǎn)生了濃厚的興趣，在計算機技術(shù)在飛速的發(fā)展的同時，對于生產(chǎn)的大批量化迫切的要求自動化技術(shù)的與時俱進，在此基礎(chǔ)
2、上機械臂領(lǐng)域悄然發(fā)展起來了。再者，對于核能的開發(fā)研究同樣迫切需要機械手臂來代替人類與放射性物質(zhì)接觸。在以上種種需求之下，一九四七年由美國首先開發(fā)了一款遙控機械臂，開創(chuàng)了機械臂技術(shù)發(fā)展的先河。經(jīng)過不斷研究和改進在第二年又研制出了主從機械臂。機械臂的研制始于美國，首臺機器的結(jié)構(gòu)是：機器上有一個回轉(zhuǎn)臂，頂端是有磁性的抓放裝置，擁有示教型的控制系統(tǒng)。在七零年關(guān)于機器人的首屆國際會議召開伊始，機械臂被廣泛應(yīng)用到各個生產(chǎn)領(lǐng)域、大量勞動力被逐步取代，人類進入了機械化時代。伴隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和自動控制技術(shù)的不斷應(yīng)用，機械臂
3、的主要控制程序被微型計算機所主宰，機械臂的可操作性被大幅度提高，設(shè)備的體積不斷減小，減少了大量的制作原材料、降低了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)空間[1]。九十年代至今工業(yè)生產(chǎn)機械臂已走向市場化，代替人類勞動如焊接、搬運等?，F(xiàn)如今機械臂已應(yīng)用在醫(yī)療方面，主要是借鑒了機械手臂的多關(guān)節(jié)性和智能性。研究人員參照人類胳膊或腿仿生制造出多關(guān)節(jié)機械手臂，廣泛應(yīng)用于肢體殘疾人士。而對于手術(shù)臺上的機械手臂主要是依據(jù)機械臂的智能性，以此來完成精確度、精細度較高的手術(shù)，并保質(zhì)保量。同時，由于人類從事勞動具有生理上的極限，并且有著主觀客觀的干擾因素，應(yīng)
4、用機械手臂可以很好的置換掉這一缺陷，并能長期重復的從事一類動作任務(wù)，使得工作效率大大提高。1萬方數(shù)據(jù)中北大學學位論文美國C.M公司在九二年推出了手術(shù)機器人，此后醫(yī)療機械臂正式走進醫(yī)院，走進臨床。其間當屬零零年由德國公司研發(fā)設(shè)計的專用于腦科神經(jīng)手術(shù)的機器人和零九年由日本研發(fā)的專為顯微神經(jīng)外科的手術(shù)機器人最為著名。一時之間醫(yī)療機械臂在世界上產(chǎn)生投資浪潮，影響力非常之大，但是在短時間內(nèi)想要實現(xiàn)大范圍大規(guī)模的醫(yī)用機械臂仍然是待攻克的難題[1]。國內(nèi)對機械臂研究的起步相對較晚，從二十世紀七十年代開始，我們分三個階段進行論述。
5、在八十年代末九十年代初，我國依據(jù)國外機械臂技術(shù)的發(fā)展狀況分析自身技術(shù)水平首次規(guī)劃了未來機械臂技術(shù)的發(fā)展藍圖。目標在十年內(nèi)實現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域機械臂武裝，還要求在其他領(lǐng)域，包括海洋、醫(yī)療等大力發(fā)展機械臂技術(shù)。在當時甚至專門設(shè)定機器人攻關(guān)計劃以及將機器人方面技術(shù)的發(fā)展并入“八六三”計劃當中。在八五年由哈工大研制的兩足步行機器人見證了那個歷史的時刻。在二十世紀九十年代，機械臂的應(yīng)用已經(jīng)滲入到國民經(jīng)濟的各行各業(yè)。在改革開放以來，汽車制造業(yè)、機械加工、棉麻品紡織業(yè)等都融入了機械臂技術(shù)，極大的促進了我國的經(jīng)濟。這個時期的代表機器人分別
6、為來自北京的高壓水切割機器人和出自沈陽的遙控移動作業(yè)機器人。九十年代之后，我國針對機械臂領(lǐng)域的研究和應(yīng)用已然接軌于世界水平。以機械臂全面武裝工業(yè)制造業(yè)以及其他行業(yè)的目標已經(jīng)實現(xiàn)。甚至在太空也研制了空間機械臂。對于醫(yī)療機械臂的研究已經(jīng)開始并將持續(xù)發(fā)展下去。在軍事方面，出品排雷、排爆的特種機械臂?？傮w來說，機械臂的快速發(fā)展以及技術(shù)應(yīng)用的不斷成熟，效果驚人。此階段具有代表性的研發(fā)成果分別為華南理工大研制的焊接機械臂和哈工大研制的蒸氣發(fā)生器檢修機械臂。人們在二十世紀八十年代后，為提高機器人在復雜作業(yè)中的操作性能，增強靈活性
7、和柔順性，以此來適應(yīng)不同環(huán)境下不同的任務(wù)。此時出現(xiàn)了冗余度機械臂，通過增加機械臂的自由度也就是增添更多關(guān)節(jié)，來滿足高效率、高安全性的需要[2]。冗余度機械臂指的是操作臂擁有自由度數(shù)大于要完成某個動作必需的最少自由度數(shù)的此種類型機械臂[3]。機械臂至少需要六個自由度來完成三維空間的任意方位動作，故本文所研究的GAMMA300機械臂具有七個自由度，屬于冗余自由度機械臂。仿人機械臂有顯著的優(yōu)勢，多自由度能夠到達并穿越障礙，可以重新配置強度，伴隨靈巧流暢2萬方數(shù)據(jù)中北大學學位論文的手臂動作。然而，對于機械臂自身的建模問題、
8、測量精確度問題、負載問題以及外部干擾問題帶來的各種不確定性，還有機械臂各個子系統(tǒng)之間的耦合問題，這些會給機械臂的控制增加難度和復雜度，不能使機械臂順利按照理論值進行運動控制達到目標要求。鑒于以上原因，對于機械臂系統(tǒng)的建模與仿真進行進一步分析是非常必要的，并且具有非常重要的理論意義和實用價值[4]。本課題研究的GAMMA300型機械臂具有運動學冗余，像人類手臂
