助老助殘智能輪椅機械臂的研究.pdf

1、目前機器人領域中，一種新的、有蓬勃生命力的服務機器人已經(jīng)出現(xiàn)并且迅速發(fā)展起來。服務機器人的應用范圍很廣，主要從事維護保養(yǎng)、修理、運輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護等工作。輪椅機器人作為一種重要的服務機器人已經(jīng)開始進入人們的生活中，其上面的輔助機械手臂可以很好的幫助老年及殘障人士從事一些日常生活活動，如開門、倒水等。
　　基于智能輪椅的輔助型機械臂的結構在很大程度上決定了整個系統(tǒng)工作性能。機械臂安裝在智能輪椅上，以人為服務對象，決定了這種

2、機械臂重量輕、體積小、外觀精致、工作空間大等特點。六自由度的輕型串聯(lián)機械臂，配以人性化的控制界面，使這種機械手臂很好的代替人手臂完成多種動作。本文結合機器人運動學，及可操作度理論對放置于智能輪椅旁的機械臂進行研究，主要研究內容如下：
　　首先，根據(jù)輪椅機械臂剛度要求及工作空間大的特點確定適當?shù)淖杂啥葦?shù)和關節(jié)機構構型，選擇合適的機械臂傳動方案和整體結構布局。結合機構學分析規(guī)劃各部分功能結構，包括手爪、腕部、小臂、大臂、底座等功能模塊

3、。綜合考慮重量，體積等因素，建模整個手臂的具體結構。
　　其次，對機器人的運動學進行分析，建立了機械臂運動學模型。根據(jù)D-H法得到機械臂的運動學正解和運動學逆解，并用矢量積分法推導出機械臂雅可比矩陣，利用運動學理論分析繪制了機械臂的工作空間。結合工作空間對大臂和小臂桿長參數(shù)進行了尺寸綜合得到較優(yōu)的桿長參數(shù)。
　　再次，研究機械臂的工作性能，把機器人性能指標中的可操作度作為研究對象，結合可操作度橢球分析機械臂可操作度的概念，進

4、而基于整個輪椅機械臂系統(tǒng)分析機械臂的可操作度，面向任務劃分輪椅機械臂工作空間，相應理論計算工作空間內點的可操作度，并對可操作度大小進行形象的評價標示。應用標示結果分析了輪椅機械臂工作空間中各個區(qū)域內的操作能力，用于指導規(guī)劃和操作，以及對桿件尺寸的校核。
　　最后，設計機械臂的控制系統(tǒng)，鑒于串聯(lián)機械臂布線困難，選擇使用上下位機的分級控制模式，及CAN總線通信方式，這樣能使硬件線路相對簡單。利用USB-CAN卡，微驅動控制器，自制的接