【摘 要】
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核废料的处理作业环境具有放射性辐射,故而使用机器人执行任务的方式已经逐渐取代人工作业。但到目前为止,核废料搬运分拣工作仍存在工作效率低、能耗高等问题。本文以所设计的液压机械臂为基础,对其机械结构、运动学分析以及液压控制系统特性等方面进行了较为详细的研究。主要内容如下:（1）机械臂模型的构建。依据其所处的工作环境及设定的主要参数,设计机械臂的整体方案,确定机械臂的自由度数目、结构简图、负载等基本参数
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核废料的处理作业环境具有放射性辐射,故而使用机器人执行任务的方式已经逐渐取代人工作业。但到目前为止,核废料搬运分拣工作仍存在工作效率低、能耗高等问题。本文以所设计的液压机械臂为基础,对其机械结构、运动学分析以及液压控制系统特性等方面进行了较为详细的研究。主要内容如下:（1）机械臂模型的构建。依据其所处的工作环境及设定的主要参数,设计机械臂的整体方案,确定机械臂的自由度数目、结构简图、负载等基本参数。利用SolidWorks软件建立机械臂各关节模型。根据其结构及其质量属性,通过分析关节受力情况,对动力元件进行了选型计算,最后利用SolidWorks对机械臂进行了三维装配体建模。（2）机械臂数学模型建立和动力学仿真。使用改进的D-H法建立机械臂的正运动学模型,并对方程进行验证。依据其模型结构特点,直接用代数法解机械臂的逆运动学方程,任选一个位姿矩阵代入方程验算。根据前面确定的关节范围,在MATLAB中绘制其点云图。在机械系统动力学分析软件ADAMS中进行动力学仿真得到各关节转矩曲线图,验证所选液压元件是否满足工作条件。（3）机械臂末端轨迹规划。为了使得机械臂在运动过程中轨迹连续平滑,在笛卡尔空间采用直线插补法确定其路径,采用双S速度曲线对末端速度进行规划。在关节空间中,使用五次多项式对关节转动速度进行规划。在ADAMS中设置其驱动函数,两种轨迹规划运行后,得到各关节的驱动力矩、速度、液压缸推力等曲线图。（4）液压系统设计。结合机械臂的结构和运动工况,将液压系统分成三个子回路液压系统,可以实现机械臂所需实现的基本功能,并结合负载敏感技术和电液比例控制技术,对初步设计的液压系统进行改进。采用PID控制算法改善比例伺服阀输入信号,使用AMESim建立液压系统仿真模型,建立位置反馈控制模型,将轨迹规划中的液压缸的位移和推力作为输入信号,计算其与实际位移的差值,验证系统位置反馈控制精度。
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