3 机械臂结构设计

本文研究的机器人手臂有六个自由度，各个关节都是铰链结构，分析其几何运动学特征较为简单。我们使用D-H建模方法来分析六自由度机器人手臂的运动学模型。

求解一般正运动学解，首先建立各杆件坐标系，然后根据杆件的尺寸和关节关系得到转换矩阵，从而得到正运动学解，正向控制学流程图如图5所示。

一个六自由度机械臂，由六个关节变量代表机器人手臂的运动结构。如果已知各关节变量的值，就可以求出变换矩阵，即运动学方程，它表示末端连杆的位姿与关节变量之间的关系。运动学正解是在已知每个关节量后求解手臂末端夹具的姿态；运动学反解是指已知夹持器的位置求解各关节角度。

图5 正向控制学流程图

机器人手臂的轨迹规划是舵机控制板驱动舵机对机器人手臂的每个关节角度进行控制，使机器人手臂末端的机械爪按照预设路线进行运动，确保机器人手臂完成规定的姿态变化。轨迹的规划是通过在轨迹上选择一定数量的点，让机器人依次到达这些点，完成一定轨迹上的轨迹规划，这就是差值运算。选定的每个点都需要通过运动学方程进行逆解后得到每个插值点对应的关节变量，这样就完成了对机器人手臂运动路径的规划。

本文研究的机器人手臂有六个自由度，先利用Solidworks 软件进行机械臂的分解结构设计，并将部分机械臂结构进行参数的调整，将机械臂的部分零件利用3D打印技术完成制作，将零部件拼装组合，完成机械臂部分的设计，机械臂分解结构如图 6 所示。在上述基础上，我们根据需要适当增加机械爪的长度和厚度以增加接触面积，机械爪使用ABS材料以减轻其重量，通过爪头的海绵垫增加其柔性来保护货物，力求无损搬运，保证搬运质量。

图6 机械臂分解结构图