基于D-H法的飞机表面清洗臂运动学分析及仿真

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1、第3l卷第4期2013年8月中国民航大学学报JOURNALOFCIVILAVIATIONUNIVERSITYOFCHINAV01．3lNo．4August2013基于D—H法的飞机表面清洗臂运动学分析及仿真金玉阳la,lb,2，高庆吉岫，田刘芬lb,肖瑶岫，罗启冰岫(1．中国民航大学a．机场学院；b．机器人研究所，天津300300；2．河北工业大学机械工程学院，天津300130)摘要：针对飞机表面的非结构化特征，设计了用于飞机表面清洗的串联机械臂。确定了机械臂的自由度和运动形式，采用改进的D—H法分析了其正、逆运动学，并运用Matlab软件

2、对机械臂进行初步的轨迹规划仿真，验证了正、逆运动学的正确性。关键词：飞机清洗；机械臂；运动学分析；Matlab仿真中图分类号：THl2；V214；TP242．3文献标志码：A文章编号：1674—5590(2013)04—0015—04KinematicsanalysisandsimulationforaircraftsurfacecleaningmanipulatorbasedonD-HJINYu-yan918’1。一，GAOQing-jim，TIANLiu-fenlb,X／A0Yaolb,LUOQi—bin91“(1a．AirportCo

3、llege；lb．RobotwsInstitute，CAUC，Tianjin300300，China；2．SchoolofMechanicalEngineering，HebeiUniversityofTechnology，Tianjin300130，China)Abstract：Regardingunstructuredcharacteristicsofaircraftsurface，serialmechanicalmanipulatorusedforaircraftcleaningisdesigned，DOFandstructuralco

4、nfigurationofmechanicalmanipulatorsareconfirmed，directkinematicsandinversekinematicsareanalysedwiththeimprovedD-Hmethod．Trajectoryplanningofme—chanicalmanipulatorsissimulatedbyMatlabandtheresultsshowthatthekinematicsanalysisiscorrect．Keywords：aircraftcleaning；manipulator；k

5、inematics；Matlabsimulation移动机械臂的研究与应用是机器人应用的热点之一，广泛应用于工业、农业、消防及危险环境等方面，辅助或代替人类工作，但机械臂应用于飞机清洗方面的研究应用较少，目前已有的结构形式多数为底盘上联接有机械臂，其末端执行器是以滚刷的滚动和摆动进行清洗作业，如德国skywash飞机清洗机器人111，共有9个自由度，但需要利用支腿将底盘车相对于飞机定位，只能采用多节机械臂得到的冗余自由度实现作业空间的要求，使得机械臂整体结构笨重；美国的SAAMS飞机表面清洗机器人由末端带滚刷的直角坐标机器人组成，共有6个自

6、由度，但该型机器人作业空间有限。目前应用较成熟的是瑞典的NordicDino的飞机表面清洗机器人，其可移动底盘上联接的轻质长机械臂，实现了稳定可靠的清洗操作。本文设计一种联接在可移动底盘上新型的6自由度机械臂，加上移动底盘本身的自由度，不仅会实现更灵活的作业空间，而且使得机械臂结构更加轻质。1机械臂总体设计1．1机械臂结构形式通过分析飞机外表面的结构特征及机械臂拟清洗的部位(机身、机腹、机翼)，设计一个末端带滚刷的6自由度机械臂如图1所示，其联接在全方位轮式底盘上，底盘的移动可进一步扩大清洗空间。5腕部摆动图1清洗机械臂结构简图Fig．1C

7、onfigurationdiagramofcleaningmanipulator收稿日期：2012—11—15；修回日期：2013—04—05基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目(201210059028)作者简介：金玉阳(1978一)，女，吉林榆树人，讲师，博士研究生，研究方向为机器人技术．一16一中国民航大学学报2013年8月通过分析作业空间及机械臂稳定性，关节变量设为：腰部回转01(0。一180。)、大臂俯仰0：(110。～170。)、大臂伸缩也(1．5—3m)、小臂俯仰04(一20。～70。)、腕部摆动05(一180。～+18

8、0。)、腕部转动06(一90。。90。)。1．2机械臂连杆坐标系根据改进的D—H法建立机械臂的各连杆坐标系，如图2所示。固定基座(连杆0)上的坐标系为坐标系{0)，第一个可动连杆