串联机器人手臂路径规划仿真软件的研究与设计

摘要

工业机器人编程模式主要分为示教编程和离线编程，目前多为示教编程，但是离线编程的优越性使其有取代示教编程的趋势。本文为了实现离线编程中机器人整体无碰轨迹的自动规划，研究并编写了基于C++与OpenGL的离线仿真软件。
　　本文以OTC的AII-V6机器人为研究对象，建立了机器人正、逆运动学方程，模拟机器人正运动学、逆运动学运行。软件中机器人三维模型是在SolidWorks软件中建立后转换并导入软件，环境障碍物使用包络盒简化处理，可实时建模，实现了可视化编程。
　　在上述基本功能基础上，设计虚拟示教模块，模拟机器人的示教盒操作，可调整机器人位姿。通过采集环境障碍物信息，求出机器人可运行的C自由空间，运用改进的A*算法自动搜索无碰路径，并虚拟模拟其运行效果。
　　建立程序转换模块，转化无碰路径数据格式为控制系统可识别的语言，导入机器人控制系统控制机器人运行，测试算法的可行性以及实用性。
　　仿真和实验的结果证明其搜索无碰轨迹的误差精度满足实际需求，证明所设计无碰路径规划算法是可行的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究意义

1．2 国内外发展现状

1．3 研究内容及本文结构

1．3．1 研究内容

1．3．2 本文结构

第二章 仿真软件总体框架分析及设计

2．1 仿真软件的功能设计

2．2 仿真软件主要功能模块分析

2．2．1 几何建模与工作空间布局

2．2．2 运动学建模

2．2．3 虚拟示教

2．2．4 路径规划与碰撞检测

2．2．5 程序转换模块

2．3 本章小结

第三章 仿真软件运动学方程与模型建立

3．1 运动学模型建立

3．1．1 机器人正运动学

3．1．2 关节坐标系到工具坐标系转换

3．1．3 机器人运动学逆解

3．1．4 逆运动学的选取

3．2 三维模型的建立

3．2．1 机器人3DS文件分析与读取

3．2．2 环境障碍物模型建立

3．3 本章小结

第四章 仿真软件的路径规划

4．1 避碰撞方法分析

4．2 C自由空间建立

4．2．1 机械臂与AABB障碍物的C空间求解

4．2．2 机械臂与圆柱包络体的C空间求解

4．3 无碰轨迹规划算法

4．3．1 路径搜索算法分析

4．3．2 A*算法设计

4．4 本章小结

第五章 仿真软件的编写

5．1 开发工具及方法

5．2 仿真软件的搭建

5．3 光照设置

5．3．1 光照成分组成

5．3．2 光源的设置与启用

5．4 视角变换

5．5 三维模型建立

5．5．1 机器人模型导入

5．5．2 建立障碍物模型

5．6 虚拟示教的实现

5．7 路径规划

5．8 本章小结

第六章 仿真软件的测试与实验验证

6．1 软件实现的硬件环境

6．2 仿真软件的使用方法

6．2．1 启动软件

6．2．2 虚拟示教

6．2．3 障碍物建模

6．2．4 无碰路径规划测试

6．3 现场实验验证

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 本文结论

7．2 展望

参考文献

致谢

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