随着工业自动化的迅速发展,机械臂越来越多地被应用于检测、装配等领域,使用机械臂进行自动化检测已成为必然趋势。与人工检测相比,自动化检测具有检测效率高、重复度高、灵活性强、劳动强度低等诸多优点。在工业机器人上直接加装检测末端执行器存在改造成本高、控制系统开放性不足等缺陷。将检测需求与机器人技术相结合,研制功能适用、成本低廉的检测机械臂系统已经成为检测领域的一个发展方向。本文结合超声检测技术和机器人技术,进行超声检测机械臂的研制和分析:(1)根据超声检测具体需求,确定超声检测机械臂的主要技术参数和系统总体方案,并完成原型机的机构设计、关键部件选型和控制系统设计和相关测试。(2)分析机械臂的关键承载部件,建立有限元模型,选取最危险受力为分析工况,得到各部件的应力和变形云图并评价机械臂的局部刚度。对基座以轻量化为目标进行拓扑优化,并仿真验证基座优化结果的合理性。对升降模块进行模态分析,选取前6阶模态研究其振动特性,为机械臂结构优化和避免电机低频振动提供理论依据。(3)使用机械臂的连杆参数,结合D-H法建立连杆坐标系;结合坐标变换法分析机械臂的正、逆运动学,并求解机械臂的雅可比;在Matlab环境下建立仿真模型验证运动学正逆解,并进行轨迹规划得到各关节的位移、速度、加速度曲线、连杆末端xyz方向的位移曲线和空间运动轨迹。(4)结合Newton-Euler法和机械臂动力学参数求解机械臂的动力学方程,然后基于Adams对机械臂进行动力学仿真,求得了各关节驱动力(矩)随时间的变化曲线,与Matlab绘制的驱动力(矩)曲线对比拟合程度较好,验证了机械臂理论动力学模型的正确性,为机械臂设计和最优控制提供依据。进行了关节力矩试验,验证了设计的合理性。