PowerCube可重構(gòu)模塊化機器人研究.pdf

1、可重構(gòu)模塊化機器人是一種高柔性度的機器人，它是由若干個獨立的具有相同或不同尺寸和性能特征的關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊組成，這些模塊可以通過增減、互換，重新搭配等方式建立出適應(yīng)新的作業(yè)任務(wù)需要的機器人構(gòu)型?？芍貥?gòu)機器人不但具備機械系統(tǒng)的可重構(gòu)性，控制系統(tǒng)也能單獨工作?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)試驗，工作任務(wù)都不再是單一不變，需要采用不同構(gòu)形的機器人，而采用可重構(gòu)機器人能夠大大的降低成本，并提高效率。 本文首先對德國Amtec公司生產(chǎn)的PowerC

2、ube可重構(gòu)模塊進行了初步的研究j然后利用本研究室現(xiàn)有的一個PowerCube腕關(guān)節(jié)模塊、兩個PowerCube旋轉(zhuǎn)模塊以及一些輔助模塊，設(shè)計了兩種不同構(gòu)形的四自由度可重構(gòu)模塊化機器人，分別用來完成空間內(nèi)和平面內(nèi)的工作任務(wù)。 建立可重構(gòu)機器人運動學(xué)分析的統(tǒng)一模型是可重構(gòu)機器人的主要內(nèi)容之一。運動學(xué)分析的統(tǒng)一模型包括可重構(gòu)機器人的正運動學(xué)模型和逆運動學(xué)模型。本文對其中的空間構(gòu)形，利用D-H方法建立了PowerCulbe模塊化機器人

3、的廣義連桿坐標(biāo)系，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了此機器人4×4矩陣形式表示的運動學(xué)方程。以機器人的初始位置為例求解了機器人的正解驗證了運動學(xué)方程的正確性。 從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，逆運動學(xué)的研究更有價值，它是機器人運動規(guī)劃和軌跡控制的基礎(chǔ)。本文在求解PowerCulbe模塊化機器人的逆解時，利用了分離變量法將一個未知數(shù)由矩陣方程的右邊移到左邊，使其與其它未知數(shù)分開，解出這個未知數(shù)，重復(fù)進行，直至解出全部未知數(shù)。在求解每個關(guān)節(jié)變量時，由于運動學(xué)

4、方程中所給出的代數(shù)方程的個數(shù)遠多余求解變量的個數(shù)，其中存在著冗余的方程，因此必須通過觀察和分析，找到獨立的方程，求解關(guān)節(jié)變量，最后通過計算獲得了此機器人的全部逆解。 本文最后對PowerCulbe模塊化機器人的控制系統(tǒng)和編程語言進行了研究，對控制系統(tǒng)的CAN總線與模塊和PC機的通信做了初步的研究。在編程方面，對PowerCube模塊的編程開發(fā)的重要工具：DLL(動態(tài)鏈接庫)做了一定的研究；并對一段程序做了分析，為以后的編程開發(fā)打