轻型多关节排爆机器人设计与运动学研究

"这篇硕士学位论文主要探讨了多自由度机器人的设计与研究，特别是针对一个轻型五自由度关节型串联机器人的设计，该机器人旨在用于军事排爆领域。作者李健在导师杨杰的指导下，对中国科学技术大学机械电子工程专业进行了深入研究，并将成果集成在一款可安装在移动平台上的排爆机器人上。" 本文首先介绍了机器人技术的发展背景，强调了小型化、轻量化和多功能排爆机器人在军事领域的应用价值。作者基于国内外相关研究，设计了一款具有五个自由度的机器人，其关节全部采用转动形式，并通过行星齿轮减速器和蜗轮蜗杆机构的两级减速来增大扭矩。动力来源为直流电机，以确保机器人能够在有限的空间内完成复杂的动作。 接下来，论文详细探讨了机器人的运动学特性。作者建立机器人连杆坐标系，参数化表示机器人结构，并推导出正、逆运动学矩阵方程，实现运动学求解。利用Matlab的Robotics Toolbox工具箱对这些方程进行了仿真，验证了机器人的运动性能。 控制系统采用PC+DSP的两级架构，上层PC负责轨迹规划和运动学计算，下层基于双DSP芯片的自制运动控制器负责电机控制与驱动。控制器中采用光电编码器进行速度和位置反馈，以实现精确的位置、速度和电流控制。此外，论文还对单关节PID控制算法进行了研究和仿真，取得了理想的效果。 在软件系统层面，论文概述了整个控制系统的软件设计，包括上位机的轨迹规划软件和下位机的实时控制软件。最后，作者进行了机器人系统的实际试验，并与仿真结果进行对比，验证了设计的有效性。 关键词: 五自由度机器人，机构设计，运动学分析，仿真，两级控制，PID控制 这篇论文为后续的机器人研发工作提供了理论基础和技术参考，尤其是在多自由度机器人设计和控制策略方面，对于提升机器人在特殊环境下的操作能力具有重要意义。