多自由度机器人的设计与研究（注）

机器人是近几十年来才迅速发展起来的，最为典型的机电一体化产品，它现

在被应用在人类生活的各个方面，其中小型化、轻量化和多功能的排爆机器人，

在军事上极具应用和研究价值。正是因为这个原因，本文设计和研究了一个轻型

的多关节机器人，它可以安装在实验室已有的移动平台上，构成排爆机器人，．从

而实现更大的用途。

本文在研究了国内外众多相关机器人的基础上，根据项目要求设计了机器人

的整体方案和具体的机械结构，机器人为五个自由度关节型串连机器人，全部采

用转动关节，关节处采用行星齿轮减速器和蜗轮蜗杆机构的两级减速机构来增加

速比，从而以小的机构获得大的减速比，由直流电机驱动。

为了进一步的控制上的需要，在已得到的机器人三维模型的基础上，本文对

机器人进行了运动学方面的研究，包括建立了机器人连杆坐标系以及参数表：推

导出机器人的正、逆运动学矩阵方程；得到了正、逆运动学方程的解；并且用

Matlab软件中的Robotics Toolbox]l具箱对其进行了仿真。

本研究采用PC+DSP的两级控制方式，上层用PC机进行轨迹的规划以及运动

学求解，并将求得的结果通过串口传给下层执行；下层为自制的运动控制器，以

双DSP芯片为核心，控制和驱动各个电机，采用高精度的光电编码器作为速度和

位置的反馈元件，从而带动各个关节运动，能够实现位置控制、速度控制以及电

流的控制。研究了单关节的PID控制算法，并对其进行了仿真，得到较理想的结

果。另外，本文还对控制系统的软件系统进行了总体的描述。

最后，对机器人系统进行了简单的试验，并和仿真结果进行了对比，得到了

满意的结论。

以上所做的研究以及得出的结论和数据都为进一步的工作奠定了基础。