● 摘要
随着核电工业的继续发展，对核电机器人将会产生越来越大的需求。在日本福岛核事故的救援工作中，投入使用的多款核电救援机器人表现不理想，其中重要的一个原因就是所设计的机械臂针对性不强，只能进行简单的抓取物体、清理障碍等工作，很难进行旋拧阀门、更换部件等复杂操作。所以核电机器人机械臂的研究十分必要，本文以核电站救援为目的设计了一款六自由度串联机械臂，对其机械结构与控制系统进行了详尽的论述。本文的主要内容如下：
(1) 总体方案设计。比较串、并联形式以及多种驱动方式，最终确定了六自由度串联的结构形式，同时确定了基于PMAC多轴运动控制器的控制系统方案。
(2) 对机械臂本体结构进行了详细的设计。腰关节、肩关节、肘关节采用蜗轮蜗杆的形式，并且具有调节中心距的结构。前臂旋转关节、腕关节、腕部旋转关节采用解耦的结构，便于控制。由于前臂旋转关节、腕部旋转关节可以实现无限制连续旋转，使用了滑环结构，对走线也进行了相应的设计。
(3) 建立了机械臂的运动学模型，得到了机械臂正、逆运动学的表达式、同时对机械臂的工作空间进行了分析。
(4) 利用Matlab对机械臂进行了正、逆运动学的仿真，并且验证了所求正、逆解的正确性。设计了控制系统，介绍了控制原理、硬件的关键参数信息，设计了上位机软件并介绍了其使用方法。
(5) 进行了机械臂的实验研究。对各轴的运动范围、正解运动、逆解运动进行了实验，验证了系统的可行性。