关键词：服务机器人;机械臂;推拉软轴;运动控制器
摘 要：针对目前我国服务机器人机械臂结构复杂、质量过沉、电机使用效率低,不能满足服务机器人机械臂轻量化、灵巧化要求。本文从服务机器人机械臂轻量化、灵巧化出发,提出了推拉软轴&连杆机构传动方式,完成了服务机器人本体设计。基于该机械臂运动特点开发了运动控制器和运动控制软件。在机械结构设计方面,采用推拉软轴&连杆机构传动方式,将服务机器人各关节转动电机安装在底盘上,在此基础上完成了服务机器人三维模型设计与样机制作。重点进行了服务机器人机械臂的设计,利用动力学仿真软件验证了该机械臂传动方案的可行性,对比了在相同驱动电机的条件下,推拉软轴&连杆机构传动方式较传统传动方式实现了负载能力的大幅提升。实现了力矩空间无障碍高效传输,简化结构,降低开发成本。在运动控制器设计方面,根据机械臂运动特点,控制器设计采用主从管理架构,极大程度提高了控制器多任务并行运行效率。为解决传统步进电机驱动与控制分开造成的控制器体积大、成本高问题,重点进行了步进电机一体化运动控制模块的设计。为满足服务机器人后续控制要求,设计了控制器扩展模块。在软件控制程序设计方面,根据机械臂与运动控制器的应用特点,完成了μC/OS-III操作系统在主从MCU上的移植与控制器各模块功能测试。经过基本测试,所设计的服务机器人机械臂及控制系统的各个关键技术运行正常,并能实现相应的功能,结果证明了整体设计方案是正确可行的,为服务机器人机械臂的后续发展提供了较好的支撑。
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