免费论文：蛇形机械手的研制

蛇形机械臂造型修长，弯曲灵活，在航空航天制造、核工业现场检测和现代医疗外科等领域有着非常广阔的应用前景。结合国内外连续体机器人和蛇形机械手的研究成果，设计了一种基于球形关节的新型蛇形臂，建立了运动学模型，开发了系统样机。分析。本文的主要研究内容如下：(1)提出了一种基于串联球接头的新型弯曲接头方案。建立了弯曲接头的简化解析模型，对接头参数进行了分析和优化。每个弯曲接头由使用三根电缆的电机驱动。 (2)蛇形机械手的结构设计详细。主要包括：球接头，在球接头的间隙中放置橡胶垫片，以保持接头的弹性；根据电缆只能传递张力的特点，设计了电缆张紧装置和电缆牵引装置。对“笼式”拉线机构进行了关键部件的有限元分析。 (3)根据蛇形机械手的特点，提出了一种新的、更简单的运动学分析模型。该模型将单个关节的复杂弯曲运动分解为由弯曲和扭转角描述的简单平移和旋转。在该模型的基础上，推导出机械臂运动学正解，分别采用雅可比数值法和遗传搜索算法计算机器人运动学逆解。此外，为了推导关节空间与机械手驱动空间的关系，建立了关节驱动模型。 (4)设计了蛇形机械手的控制系统。在上位机上设计了上位控制指令输入界面，在界面中实现了机械手运动学的相关控制算法。完成了基于ARM的下位机运动控制器的软硬件设计。运动控制器由三个相同的电路板组成。CAN 总线相互连接。另外，为了配合运动控制器的电机控制，专门设计了相应的电机驱动器。 (5)进行了蛇形臂样机的试验研究。样机上的实验主要包括：单关节弯曲试验、多关节弯曲试验和线性插值试验。在单关节实验中，对各关节的弯曲角和扭转角的性能进行了测试，并对误差的原因进行了理论分析和解释。在线性插值实验中，控制蛇形臂的末端走出一条直线。以上实验结果说明了样机及控制系统的有效性，也证明了本文提出的机械手运动学模型的正确性。

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