基于MATLAB的CINCINNATI工业机器人运动学及其图形仿真的研究

摘要

在工业机器人的研究和设计过程中，机器人运动学是机器人学的一个重要分支，是实现机器人运动控制的基础。本文以美国 Cincinnati Milacron 公司制造生产的工业机器人 Cincinnati T<'3> 为模型，对其运动学作了较深入的分析与研究，并通过软件实现了对工业机器人运动学的三维图形仿真。 首先，在机器人运动学的理论基础上，用 D-H 方法建立机器人坐标变换矩阵，推算正、逆运动学方程；用矢量积法推导机器人的雅可比矩阵及其逆矩阵；然后用雅可比矩阵和加速度递推公式计算机器人的末端执行器的速度和加速度。 其次，对机器人的工作空间进行了讨论和研究；利用解析法求出了工作空间的界线曲面方程；并用 Matlab 编程，得出工作空间边界区域的形状及大小。 接着，分析了机器人轨迹规划的一般性问题；研究了关节空间和笛卡尔空间轨迹规划的过程，然后对两类轨迹规划的优缺点进行了比较；在关节空间中，提出了一种三次B 样条插值算法来实现机器人运动轨迹规划，提高了插值的精度和运算速度。 最后，利用 Matlab 软件，并借助其机器人工具箱，开发出机器人的运动学三维图形仿真系统；对机器人末端执行器的位移、角速度和角加速度进行了曲线仿真分析。对机器人教学研究有着借鉴作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的研究背景

1.2工业机器人研究现状

1.3工业机器人仿真技术的研究现状

1.4课题研究的主要内容和意义

第二章Cincinnati机器人的位姿分析

2.1机器人的机械结构

2.2机器人的姿态和位置表示

2.3机器人的位姿矩阵的建立

2.3.1连杆坐标系的建立

2.3.2连杆参数的确定

2.3.3求两杆之间的位姿矩阵

2.4机器人的位姿方程

2.4.1位姿方程的正解

2.4.2位姿方程的逆解

2.5本章小节

第三章Cincinnati机器人运动分析

3.1机器人的微分运动和雅可比矩阵

3.1.1机器人的微分运动和微分变换

3.1.2机器人的雅可比矩阵

3.2机器人速度分析

3.2.1速度的计算

3.2.2速度逆解

3.3机器人加速度分析

3.3.1加速度分析

3.3.2加速度的计算

3.4本章小节

第四章Cincinnati机器人工作空间分析

4.1工作空间分析概述

4.1.1工作空间的相关概念

4.1.2 工作空间的形成

4.1.3 工作空间中的空腔和空洞

4.2 工作空间的界限曲面方程

4.2.1末端参考点的界限曲面方程

4.2.2腕点的界限曲面方程

4.2.3机器人的工作空间

4.3本章小节

第五章Cincinnati机器人轨迹规划

5.1机器人轨迹规划的一般性问题

5.2机器人轨迹规划的过程

5.2.1关节空间轨迹过程

5.2.2直角坐标空间轨迹过程

5.3关节空间轨迹规划的实现

5.3.1关节变量的确定

5.3.2插值函数的选择

5.4本章小节

第六章Cincinnati机器人运动学图形仿真

6.1计算机仿真

6.2仿真语言的选择

6.3仿真系统的组成

6.3.1仿真系统界面的编制

6.3.2机器人可视化模型的建立

6.4仿真程序设计

6.4.1运动学正解仿真程序设计

6.4.2运动学逆解仿真程序设计

6.4.3轨迹规划仿真程序设计

6.5仿真实例分析

6.6本章小节

第七章结论与建议

7.1结论

7.2建议

参考文献

致谢