双臂救援机器人的动力学建模与分析

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随着科学技术的不断发展,为了完成更为复杂的救援任务,双臂救援机器人应运而生,它不仅可以增强机器人对复杂任务的适应性,同时也提高了工作空间的利用率。双臂救援机器人是一个极其复杂的系统,是由多个机械臂连杆及关节串联组成,并且机械臂与移动车体、机械臂各连杆及关节之间均存在着复杂的力学耦合关系,针对其动力学的研究将尤为重要,因此本文采用多体系统离散时间传递矩阵法对其进行动力学的建模与分析。本文的研究内容主要包括以下几个部分:首先,根据救援机器人机械臂的功能需求确定了机械臂的自由度数目以及关节的运动形式,并进一步对救援机器人机械臂的驱动方式、传动方式的选择等方面进行了详细地分析,完成了机械臂的整体结构设计。其次,采用多体系统离散时间传递矩阵与现代逐步时间积分思想相结合的方法,针对双臂救援机器人的结构特点,利用空间运动的刚体数学模型原理,推得双臂救援机器人的移动车体及机械臂各部件的传递矩阵,分别建立了开环双臂救援机器人系统以及闭环双臂救援机器人系统的整体动力学方程和总传递矩阵。并应用D-H坐标系法建立了机器人双机械臂的运动学模型,对传递矩阵法模型进行了验证。然后利用MATLAB软件对开环系统的模型进行计算与仿真,得到了位移,角位移,力以及力矩关于时间的曲线图。通过对仿真结果的分析,该模型能够有效的满足实时动态仿真的需要,并为后期控制系统的建立提供了重要的理论依据。最后,分析了双臂救援机器人机械臂的救援运动,将运动路径进行划分。详细研究了机械臂的几种关节空间的轨迹规划方法。并在理想情况下,对两条机械臂中的主臂进行关节空间的三段三次多项式插值函数的轨迹规划。利用MATLAB软件进行数值仿真实验,得到了角位移,角速度以及角加速度的变化规律曲线图,验证了机械臂的运动轨迹的连续性与平稳性。
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