超声检测机械臂的系统设计与优化研究

随着自动化技术的飞速发展,工业机械臂以其灵活的位姿、准确的重复定位精度、低廉的成本,正被越来越多地应用于检测、装配等领域,目前劳动强度高、环境差的工种已经优先考虑机械臂辅助人或者代替人来操作。然而一些超声检测需求对市场上的工业机器人并不适用,因为集成成本高、控制系统开放性不足。本文基于用户具体超声检测需求,设计了一款用于曲面类零件检测的多自由度协同控制机械臂系统UTArm。在完成原型机的结构设计、控制系统设计和相关仿真分析外,本文对机械臂的关键承载部件进行了有限元分析和拓扑优化,在保证机械臂精度的同时实现轻量化;分析计算了UTArm的正、逆运动学、雅可比矩阵并获得了其位移曲线和运行轨迹,为机械臂位姿控制算法提供模型支撑;以牛顿-欧拉法为基础建立UTArm的动力学模型,并验证其动力学模型的正确性。