【正文】 末端執(zhí)行器的位姿。（）由此機械手的基座與手之間的總變換則為： （）其中n為關(guān)節(jié)數(shù)。這時坐標系n和n+1完全重合。3. 沿軸平移的距離，使得和的原點重合。通過以下4個標準步驟將坐標系移動到坐標系：1. 繞軸旋轉(zhuǎn)，使得和相互平行。 根據(jù)上述規(guī)則，給所有的連桿賦予坐標系，并且可以建立i1和i坐標系之間的變換關(guān)系。（6）軸與之間的夾角為，以繞軸右旋為正，一般稱為連桿的夾角。(4) 公垂線長度是和兩軸間的最小距離，一般稱為連桿長度。(2)x是沿著的公垂線，指向離開，軸的方向。如果是旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，z軸位于按右手規(guī)則旋轉(zhuǎn)的方向。連桿也是如此表示，連桿n位于關(guān)節(jié)n與n+1之間，連桿n+1位于關(guān)節(jié)n+1與n+2之間。第一個關(guān)節(jié)指定為關(guān)節(jié)n，第二關(guān)節(jié)為關(guān)節(jié)n+1，第三個關(guān)節(jié)為關(guān)節(jié)n+2。如果將從基座到第一關(guān)節(jié)，再從第一關(guān)節(jié)到第二關(guān)節(jié)直至到最后一個關(guān)節(jié)的所有變換結(jié)合起來，就得到了機器人的總變換矩陣。連桿也可以是任意的長度(包括零)，可能被扭曲或彎曲，也可能位于任意平面上。假設(shè)機器人由一系列關(guān)節(jié)和連桿組成。 當剛體做相對于運動坐標系或當前坐標系的軸的變換時，需要右乘變換矩陣，而不是左乘變換矩陣，才能得到相對于運動坐標系變換后的剛體的新位姿。這里給出運動坐標系繞參考坐標系的x軸，y軸和z軸旋轉(zhuǎn)θ的變換矩陣， （）為簡化書寫，習慣用符號Cθ表示,Sθ表示 (以下表示方法相同)。同理，如果剛體保持現(xiàn)有的位置不變，只是在參考坐標中的姿態(tài)發(fā)生改變，則新運動坐標系的表示也可以通過坐標系左乘變換矩陣得到。用矩陣形式表述，新的運動坐標系的表示可以通過坐標系左乘變換矩陣得到。這種形式的矩陣稱為齊次矩陣。如果用表示剛體上的運動坐標系(當前坐標系)原點在參考坐標系中的位置向量，表示運動坐標系n軸在參考坐標系中的方向，表示運動坐標系o軸在參考坐標系中的方向，表示運動坐標系a軸在參考坐標系中的方向。一個剛體在笛卡爾空間表示可以這樣實現(xiàn)：通過在剛體上固連一個坐標系，再將該固連坐標系在空間表示出來。這種表示方法也可以稍做變化：將P點用向量形式寫出并且加入一個比例因子w，則P點表示為：，其中變量w可以為任意數(shù)，如果w=1時，各分量的大小保持不變；如果w=0,x,y和z都為無窮大，表示一個長度為無窮大的向量，方向為該向量所表示的方向。為了描述機械手本身的各個連桿之間、機械手和環(huán)境之間的運動關(guān)系，并且忽略了機械手連桿的彈性形變，把機械手連桿作為剛體來研究。它涉及到四自由度機械手運動學正逆解問題的運動學方程，特別是關(guān)節(jié)變量空間與機械手末行器位姿之間的關(guān)系。167。并分析了機械手的關(guān)節(jié)速度與雅可比矩陣。第三章 巡線機器人機械手運動學分析167。從圖中可以確定各個零部件的裝配關(guān)系。167。在蝸桿驅(qū)動下帶動支架開合。它由活動制動爪、固定制動爪、銷軸、彈簧、彈簧上底座、彈簧下底座和彈簧導(dǎo)向軸組成。由于滾珠絲杠在絲杠螺母的螺旋槽里放置了許多滾珠，傳動過程中所受的摩擦力是滾動摩擦，可極大地減小摩擦力，因此傳動效率高，可以達到90%，只需要使用極小的驅(qū)動力就能夠傳遞運動。步進式蠕動爬行機構(gòu)驅(qū)動裝置由直流電機、傘齒輪減速器、傳動軸、滾珠絲杠、螺母和直線導(dǎo)軌組成。驅(qū)動輪采用高強度輕型材料，以減輕驅(qū)動裝置重量；驅(qū)動輪外表面采用高強度耐磨材料，以增大驅(qū)動輪運動時與線路的摩擦因數(shù)，防止打滑。當線路坡度較小、驅(qū)動輪摩擦驅(qū)動可實現(xiàn)機器人移動時，機器人采用輪式移動機構(gòu)；當線路坡度較大、驅(qū)動輪摩擦驅(qū)動無法實現(xiàn)機器人行進時，直接表現(xiàn)為驅(qū)動輪打滑，此時機器人三個制動器立即抓線，并與絲杠螺旋副組成蠕動爬行機構(gòu)，進行蠕動行進。而直流伺服電機能構(gòu)成閉環(huán)控制，精度高，額定轉(zhuǎn)速高。電機可以選擇步進電機或直流伺服電機。故本機械手采用電機驅(qū)動。液壓驅(qū)動的優(yōu)點是能得到較大的出力，工作壓力通常達14Mpa，但是液壓元件造價高昂，而且容易泄露污染環(huán)境，而且必須配備專用的液壓閥，儲油罐，體積龐大。目前使用的主要有三種驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動和電機驅(qū)動。機器人驅(qū)動裝置是帶動各個關(guān)節(jié)到達指定位置的動力源。 關(guān)節(jié)4：177。關(guān)節(jié)3：177。 關(guān)節(jié)2：177。通過工作情況的需要，定出該巡線機器人的機械手運動參數(shù)如下：大臂長：250mm 手腕長：72mm小臂長：400mm 末端執(zhí)行器長：344mm各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動范圍：關(guān)節(jié)1：177。電機通過精密渦輪蝸桿減速器帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)手臂水平方向和豎直方向的自如運動。共有四個自由度，依次為大臂回轉(zhuǎn)、小臂俯仰、手腕俯仰、手腕回轉(zhuǎn)。綜合考慮后確定該機械手具有四個自由度，其中手臂兩個自由度確定機械手的位置，后兩個自由度確定手的姿態(tài)。BBR結(jié)構(gòu)由于采用了兩個彎曲結(jié)構(gòu)使結(jié)構(gòu)尺寸增加了，而RBR與前者相比結(jié)構(gòu)緊湊。B表示彎曲結(jié)構(gòu)，表明組成腕關(guān)節(jié)的相鄰運動構(gòu)件的軸線在工作過程中相互間角度有變化。手腕的構(gòu)形也有多種形式。手臂的結(jié)構(gòu)形式有多種，.本課題要求機器人手臂能達到工作空間的任意位置，同時要結(jié)構(gòu)簡單，容易控制。機械手的手臂是執(zhí)行機構(gòu)中的主要運動部件，它用來支承腕關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器，并使它們能在空間運動。我們摒棄機器人常規(guī)結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計出了適用于500kv輸電線路的自動巡線機器人。本課題對巡線機器人的主要技術(shù)指標和要求是：1)具有自主越障能力；2)具有一定爬坡能力；3)單機重量：小于100千克；考慮到輸電線路具有防振錘、耐張線夾、懸垂線夾、跳線和轉(zhuǎn)彎等各種障礙、并具有一定坡度。中間手接近跳線時停止行走，調(diào)整前后柔性臂，使中間手抓住跳線，啟動行走。行進過程中檢測裝置不斷檢測前方障礙物的情況，同時攝像機對線路和機器人本身的工作狀態(tài)進行拍攝，拍到的圖像通過無線設(shè)備實時傳輸?shù)降孛婀ぷ骰?，決定是否對線路進行維護；同時對機器人本身的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，決定是否對機器人的運動給予干預(yù)；4)機器人檢測到前方有防振錘時，由于手掌采用中空設(shè)計，因此機器人無需做任何調(diào)整，即可直接爬越；5)當安裝在機械手前端的接近覺傳感器檢測到懸垂線夾時，機器人控制肘關(guān)節(jié)電機旋轉(zhuǎn)，使末端執(zhí)行器上移，直至驅(qū)動輪離開避雷線，然后手掌電機驅(qū)動手掌張開；其開合度要大于障礙寬度；之后，后面兩只手驅(qū)動電機繼續(xù)行走，當中間手接近懸垂線夾時，前臂回落，同時手掌合攏，直至掛線；然后中間手電機驅(qū)動齒輪齒條機構(gòu)使中間手上移，然后手掌張開，接通前后兩手的驅(qū)動電機，繼續(xù)行走。機器人在分布式計算機控制系統(tǒng)的控制下，能夠以一定的速度沿架空線路運動，并能跨越防振錘、耐張線夾、懸垂線夾、跳線等障礙，具有自動剎車自保功能，以避免從高空摔落。167。驗證了巡線機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計和路徑規(guī)劃的合理性和正確性，為機器人的后續(xù)研究打下了堅實的基礎(chǔ)。從機構(gòu)學的角度分析了巡線機器人操作臂的角位移、角速度等。提出了本課題巡線機器人的設(shè)計方案。167。中國農(nóng)業(yè)大學周一鳴教授主持開發(fā)了廣義機構(gòu)計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)GMCADS(Generalized Mechanisms Computer Aided Design System)，該系統(tǒng)用迭代方法計算機械系統(tǒng)的自由度，在靜力學分析中用勢能極小原理求解系統(tǒng)的靜平衡位置，在動力學分析中采用了哈密爾(Hamilton)正則方程。逐漸形成了較完善的機器人仿真系統(tǒng)。國內(nèi)從80年代后期，才開始從事機器人仿真技術(shù)的研究。,PNuman等人研制的ARM軟件包可自動生成機器人操作手末端相對于基座的位置矩陣和完整的拉格朗日動力學模型。法國Licgois等人聯(lián)合開發(fā)了一個包括機器人機構(gòu)設(shè)計和動態(tài)分析的機器人CAD系統(tǒng)。兩者的功能擴展到對一般機構(gòu)的動力學仿真。、靜力學、時間滯后及振動分析。機器人計算機仿真具有以下意義：1)開發(fā)前期對設(shè)計思想論證和評優(yōu)，包括對各種方案的運動學及動力學特性進行評估；2)準確的動力學模型為機器人控制提供參考依據(jù)；3)最終設(shè)計的產(chǎn)品進行性能校核，包括檢驗機器人能否完成預(yù)定目標，及對其運行狀況進行評價；4)有效的仿真模型還可以用來對最終產(chǎn)品性能進行跟蹤、故障預(yù)測、診斷等。它不怕破壞、易修改、可重用。計算機仿真是在研究系統(tǒng)過程中根據(jù)相似原理，利用計算機來逼真模擬研究對象。仿真是以相似性原理、控制論、信息技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域的有關(guān)知識為基礎(chǔ)，以計算機和各種專用物理設(shè)備為工具，采用系統(tǒng)模型對真實系統(tǒng)進行試驗研究的一門綜合性技術(shù)。目前用于移動機器人的硬件結(jié)構(gòu)多數(shù)采用一個高速通用處理器加上幾個專用板卡或芯片(用于顏色查表、模板匹配或數(shù)學形態(tài)學計算)，或者通過實驗確定算法和硬件原型后，利用嵌入式的系統(tǒng)來縮小體積，達到優(yōu)化的性能。(8)高性能計算技術(shù)在移動機器人的早期研究工作中，專用硬件結(jié)構(gòu)為多數(shù)研究者所采用，這是因為當時市場上的通用硬件不能滿足諸如實時圖像處理所需的計算能力。這些故障難以通過視覺檢查發(fā)現(xiàn)，我們可以采用紅外探測技術(shù)加以彌補。(7)檢測技術(shù)一種是可見光檢測方法，采用高分辨率攝像機攝取目標圖像，一般能發(fā)現(xiàn)架空線大部