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国际科学、工程和技术创新研究杂志

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基于MSC的拟人机器人机械手正运动学分析、仿真与工作空间跟踪。亚当斯

阿米特·L·塔利1， B. B.科图什塔尔2
  1. 自动化与自动化系副教授机器人工程，B.V. Bhoomaraddi工程技术学院，Vidyanagar, Hubli，卡纳塔克邦，印度
  2. 印度卡纳塔克邦胡布利市维德亚纳加尔市B.V. Bhoomaraddi工程技术学院工业与生产工程系教授
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

机器人运动学处理的是借助关节连接的连杆的位置，它给出了机械手中每个连杆的位置和方向，以将末端执行器放置到所需的目标上。利用多体动力学软件MSC建立了拟人化机械手的运动学模型。机械系统的自动动态分析(ADAMS)，它代表了人的手臂。肩关节被认为是球形关节，肘关节被认为是转动关节。建立了机械手的运动学方程和软件模型，对机械手的工作进行了比较和验证。跟踪机械手的工作空间，显示机械手的最大和最小工作面积。在MSC中跟踪机械手的工作空间。ADAMS显示机械手的工作区域。

关键字
拟人，末端执行器，正运动学，MSC。亚当斯,工作区。

介绍
机械臂可以从机械角度图解地表示为由转动关节或移动关节连接的刚体(连杆)的运动链。链条的一端固定在底座上，而末端执行器则连接在另一端[1]上。
机械臂运动学是在不考虑引起运动的力/力矩的情况下，对机械臂在固定参考坐标系中运动的几何形状作为时间的函数进行分析研究。给出了运动方程，确定了关节位移与执行器位置和方向的关系。根据关节角确定末端执行器的最终位置和方向称为正运动学，根据末端执行器的位置确定关节角称为逆运动学[3]。
末端执行器是安装在机器人手臂手腕上的装置，它能使通用机器人执行特定的任务。它有时被称为robotâ '  ' s“手”[4]。
在机器人技术中，末端执行器固定在机械臂上，与周围环境相互作用，就像人手有手指可以举起或抓取一样。夹具是一种末端执行器或工具，可以抓取任何物体或任何工具，可用于焊接，油漆等。夹持器针对不同的应用，通过不同的方式执行摘、抓、握等任务[5]。
工作空间是指机器人可以操作手腕末端的空间。工作空间也称为机械手的工作体积，是衡量机械手性能的重要指标。工作空间/功体积的形状和大小取决于机械手[6]的运动学构型。
MSC。ADAMS软件能够模拟任何机械系统的运动学和动力学行为。系统的动态行为可以与真实模型进行比较，可以在结果[7]中进行可接受的变化。MSC。ADAMS软件工具是快速虚拟样机设计的重要工具，可以减少设计失败或设计的可行性。真正的原型模型测试需要大量的时间，因为它需要测试的设置和环境。MSC。ADAMS集成了实际测试条件所需的所有动态。可以在MSC中导入各种建模文件。ADAMS来自SolidWorks, Creo, Catia或Solidedge等[8]。

相关工作
机器人机械手根据其构型进行分类，如笛卡尔机器人、圆柱形机器人、球形机器人、SCARA机器人、铰接机器人、并联机器人。这些机器人由转动关节或移动关节组成，以满足所需的运动。转动关节和移动关节非常简单，使用起来并不复杂。这些关节具有一个自由度，因此移动关节可实现直线运动，转动关节可实现旋转运动。运动学分析，采用MATLAB simulink进行仿真，有时也采用VRML(虚拟现实建模语言)进行分析部分。本文研究了一种采用球形关节的新型机械手。球面关节由于其自由度的数量，在本质上是非常复杂的。有时，为了避免冗余错误，至少需要停用一个自由度。这个机械手的功能很像人的手臂。运动学方程在MSC中得到了开发和验证。 ADAMS by comparing the analytical results and software results.

方法
方框图表示了机械手运动学分析、仿真和工作空间跟踪的分步方法，如图1所示。
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图12为机械手工作空间线框视图。
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图12机械手工作空间线框图

结论
利用人体测量数据建立了完整的三自由度机械手虚拟模型。利用MSC对模型进行了仿真。亚当斯。所有期望的运动都是通过在机器人配置中使用球形关节实现的。分析和质谱分析的结果。并对所建立的方程进行了验证。跟踪机械手的工作空间轮廓，显示机械手工作区域的轮廓。利用MSC可以检验机械手设计的性能和可行性。ADAMS，然后进行物理模型，这是一个耗时的过程。

参考文献
  1. Lorenzo Sciavicco, Luigi Villani，“机器人:建模、规划和控制”，施普林格，第39 - 45页，2008。
  2. 傅克生，拉尔夫·冈萨雷斯，李传国，“机器人:控制，传感，视觉和智能”，塔塔mcgr劳-希尔，第12 - 20页，2008。
  3. Jolly Atit Shah, S.S. Rattan, B.C. Nakra，“5自由度Pravak机械臂末端执行器位置正运动学分析”，
  4. 国际机器人与自动化杂志(IJRA)， Vol. 2, No. 3, pp. 112-116, 2013年9月。
  5. Mikell P. Groover, Mitchell Weiss, Roger N. Nagel, Nicholas G. Odrey，“工业机器人技术，编程与应用”，
  6. 塔塔McGraw-Hill，第116 - 140页，2008。
  7. Puran Singh, Anil Kumar, Mahesh Vashisth，“点焊机械臂的夹具和末端执行器设计”，通用杂志
  8. 机械工程学报，1,92 - 97,2013。
  9. Hansen J.A.， Gupta K.C.， Kazerounian S.M.K.，“机械臂工作空间的生成与评估”，Int。J.机器人
  10. 《研究》第2卷第3期，页22-31,1983。
  11. V Vennishmuthu, S.RiyazAhammed, R.Hushein, Karthik。P，“基于ADAMS和MATLAB的六自由度机械臂稳定性仿真”，
  12. IOSR工程学报，2014年第04卷，第03期，||V2|| pp. 09-12, 2014。
  13. 罗海涛，刘玉旺，陈正仓，冷玉泉，“基于ADAMS和MATLAB的机械臂动力学联合仿真控制”，
  14. 应用科学与工程技术，6(20):3778-3783,2013。
  15. ValentinGrecu, NicolaeDumitru, LuminitaGrecu，“人体手臂关节分析及机器人机械手的延伸研究”，
  16. 国际工程师和计算机科学家会议记录2009卷II IMECS 2009, 2009年3月18日至20日。
  17. 米塔尔和纳格拉特，R K米塔尔，I J纳格拉特，“机器人与控制”，塔塔麦格劳-希尔，第75 - 82页，2007。
  18. S.K. Saha，“机器人入门”，Tata McGraw-Hill，第100 - 105页，2008。
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