一种6自由度机械臂的结构设计和运动学分析

潘明章; 王硕; 李劲; 梁科

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2024.06.008

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

一种6自由度机械臂的结构设计和运动学分析

设计计算 | 更新时间：2024-06-19

- 一种6自由度机械臂的结构设计和运动学分析
- Mechanism Design and Kinematics Analysis of a 6-DOF Manipulator
- 机械传动 2024年48卷第6期页码：50-57
- 作者机构：
  
  广西大学机械工程学院，广西南宁 530004
- 作者简介：
  
  潘明章(1982— )，男，广西贺州人，博士，副教授；主要研究方向为医疗机器人技术、人工智能；pmz@gxu.edu.cn。
  梁科(1984— )，男，广西百色人，博士，讲师；主要研究方向为机器人技术、智能装备设计与优化；20200035@gxu.edu.cn。
- 基金信息：
  
  广西科技基地和人才专项(2021AC19324)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2024.06.008
  中图分类号：
- 纸质出版日期：2024-06-15，
  
  收稿日期：2023-03-14，
扫描看全文
潘明章,王硕,李劲等.一种6自由度机械臂的结构设计和运动学分析[J].机械传动,2024,48(06):50-57.

Pan Mingzhang,Wang Shuo,Li Jing,et al.Mechanism Design and Kinematics Analysis of a 6-DOF Manipulator[J].Journal of Mechanical Transmission,2024,48(06):50-57.
潘明章,王硕,李劲等.一种6自由度机械臂的结构设计和运动学分析[J].机械传动,2024,48(06):50-57. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.06.008.

Pan Mingzhang,Wang Shuo,Li Jing,et al.Mechanism Design and Kinematics Analysis of a 6-DOF Manipulator[J].Journal of Mechanical Transmission,2024,48(06):50-57. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.06.008.

摘要

针对传统机械臂惯性大、灵活性低和难以在狭小空间作业的问题，设计了一种新型的具有6自由度的丝传动机械臂，并对其正逆运动学等问题进行了研究。对该新型机械臂中的自转关节、平行四边形关节和蛇形关节的运动学特性进行分析，建立了该机械臂的正逆运动学模型；在Matlab环境中进行仿真实验，对所提出的正逆运动学模型进行了位置和姿态的验证。结果表明，所提的运动学模型能够很好地用于该机械臂末端位置控制。最后，利用蒙特卡洛法计算出了机械臂的工作空间。

Abstract

Aiming at the problems of large inertia

low flexibility and difficulty in working in narrow space of traditional manipulators

a new type of wire-driven manipulator with 6-DOF is designed

and its forward and inverse kinematics are studied. The kinematics characteristics of the rotation joint

parallelogram joint and snake joint in the new manipulator are analyzed

and the forward and inverse kinematics models of the manipulator are established. The simulation experiment is carried out in Matlab environment

and the position and posture of the proposed forward and inverse kinematics model are verified. The results show that the proposed kinematics model can be well used for the end position control of the manipulator. Finally

the workspace of the manipulator is calculated by the Monte Carlo method.

关键词

丝传动机械臂运动学仿真分析工作空间

Keywords

Wire-driven manipulatorKinematicSimulation analysisWorkspace

references

王凯.面向手术机器人的软体机械臂关键技术研究［D］.长春：中国科学院大学，2021：1-11.

WANG Kai.Research on key technology of soft manipulator used for surgical robot［D］.Changchun：University of Chinese Academy of Sciences，2021：1-11.

DIFTLER M A，MEHLING J S，ABDALLAH M E，et al.Robonaut 2-the first humanoid robot in space［C］//IEEE International Conference on Robotics and Automation，2011：9-13．

XUE Z，LIU J，WU C，et al.Review of in-space assembly technologies［J］.Chinese Journal of Aeronautics，2021，34（11）：21-47.

LU Y，DAI Z H.Dynamics model of redundant hybrid manipulators connected in series by three or more different parallel manipulators with linear active legs［J］.Mechanism and Machine Theory，2016，103：222-235.

MEHLING J S，DIFTLER M A，CHU M，et al.Minimally invasive tendril robot for in-space inspection［C］//The First IEEE/RAS-EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics，2006：690-695.

陈斌，宗光华，于靖军，等.一种2-DOF类球面并联转台的动力学建模及分析［J］.机械工程学报，2013，49（13）：24-31.

CHEN Bin，ZONG Guanghua，YU Jingjun，et al.Dynamic modeling and analysis of 2-DOF quasi-sphere parallel platform［J］.Journal of Mechanical Engineering，2013，49（13）：24-31.

赵志亮，尹猛，徐志刚，等.七自由度仿人机械臂正逆运动学及工作空间分析［J］.组合机床与自动化加工技术，2021（5）：22-26.

ZHAO Zhiliang，YIN Meng，XU Zhigang，et al.Forward and inverse kinematics and workspace analysis of a 7-DOF humanoid manipulator［J］.Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique，2021（5）：22-26.

YANG X H，ZHAO Z Y，XU Z C，et al.General inverse kinematics method for 7-DOF offset manipulators based on arm angle parameterization［J］.Acta Astronautica，2023，202：263-277.

王贵程，吴国新，左云波，等.7自由度串联机器人运动学分析［J］.组合机床与自动化加工技术，2020（5）：17-20.

WANG Guicheng，WU Guoxin，ZUO Yunbo，et al.Kinematics analysis of a 7-DOF tandem robot［J］.Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique，2020（5）：17-20.

何志锋，朱坚民，宋成利，等.微创外科手术机器人运动学分析与研究［J］.计算机仿真，2014，31（4）：412-415.

HE Zhifeng，ZHU Jianmin，SONG Chengli，et al.Kinematics analysis of minimally invasive surgery robot［J］.Computer Simulation，2014，31（4）：412-415.

卢佳佳，冯显英，杜付鑫，等.一种丝驱连续体手术机械臂的设计及其运动学分析［J］.机电工程，2020，37（9）：1051-1056.

LU Jiajia，FENG Xianying，DU Fuxin，et al.Design and kinematics analysis of a tendon-driven surgical continuum arm［J］.Journal of Mechanical & Electrical Engineering，2020，37（9）：1051-1056.

朱靖，齐飞，佘世刚，等.绳驱动柔性机器人运动学建模及主从控制研究［J］.机电工程，2023，40（2）：266-274.

ZHU Jing，QI Fei，SHE Shigang，et al.Kinematics modeling and master-slave control for rope driven flexible robot［J］.Journal of Mechanical & Electrical Engineering，2023，40（2）：266-274.

王聪.连续型机器人灵活性分析及其结构优化［D］.天津：天津大学，2019：15-17.

WANG Cong.Dexterity analysis and structural optimization of a continuum robot［D］.Tianjin：Tianjin University，2019：15-17.

赵亮，赵智远，朱德勇，等.用于微创外科的线驱动连续型手术机器人设计与仿真研究［J］.机电工程，2020，37（4）：451-455.

ZHAO Liang，ZHAO Zhiyuan，ZHU Deyong，et al.Design and simulation of line-driven continuum surgical robot for minimally invasive surgery［J］.Journal of Mechanical & Electrical Engineering，2020，37（4）：451-455.

杨凯，黄晋英.一种8自由度空间机械臂运动学及工作空间分析［J］.机械传动，2021，45（3）：147-152.

YANG Kai，HUANG Jinying.Kinematics and workspace analysis of an 8-DOF space manipulator［J］.Journal of Mechanical Transmission，2021，45（3）：147-152.

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

汽车EPS斜齿轮蜗杆传动优化设计研究

仿乌贼水下采样机械手建模与仿真

7自由度外骨骼上肢康复机器人的肩部优化及运动仿真

仿人机械手臂结构设计与运动学分析

一种多自由度可调节下肢康复外骨骼的设计与仿真