机器人搬运袋装物料的运动轨迹分析

摘要

由于机器人优越的作业性能,在社会生产活动中被广泛应用,并带来了巨大的经济效益.本文对机器人基础技术进行了较深入的研究,主要包括基础设计、运动学分析、轨迹规划等几个部分. 文中介绍了国内外工业机器人、搬运机器人发展状况,并针对目前袋装物料的搬运状况作了大量论述.从中可以认识到我国机器人的发展与应用与发达国家有着较大差距.尤其在机器人搬运袋装物料方面,我国的基础研究仍相当有限.从而本文的研究内容对于该领域的研究有着积极的意义. 对机器人的关节形式、工作空间以及末端操作器结构进行了必要的讨论.在确保完成预期搬运动作的情况下,分析了完成袋装物料搬运机器人的自由度形式;以水泥袋装运汽车作为工作场景,对机器人大、小臂的长度进行了优化设计;将50kg的袋装水泥作为抓取对象,设计了一套末端夹持器,该夹持器具有结构新颖,方法独特,抓取可靠等特点. 机器人运动学是机器人动力学、机器人控制和规划的基础,因此,寻求简单而有效的方法进行机器人的运动学分析具有重要的意义.本文不拘泥于目前惯用的D-H矩阵表示法,针对搬运机器人的结构与运动特点进行运动学分析.在分析过程中,将机器人的位姿分解,并分别用关节角度来表示,以关节角度为中间量求解运动学方程,避免了大量矩阵求逆的运动学计算,求解过程简单方便,大大提高了计算速度,对于机器人实时在线控制,具有较大的实用价值. 轨迹规划对于机器人的控制有着重要意义.根据机器人的各关节运动特点,将其分别在关节空间以及笛卡尔空间进行轨迹规划.选择高次插值函数描述轨迹,并对每条轨迹分为加速、匀速、减速三个运动段进行讨论.建立了设定路径条件下的数学模型,在MATLAB中得到机器人的关节角度、角速度以及角加速度仿真曲线,为机器人进一步研究与应用提供了可行性依据.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1工业机器人的历史

1.2搬运机器人的历史

1.2.1搬运机器人的发展历程

1.2.2国内外发展状况

1.3课题的研究现状

1.3.1结构形式

1.3.2运动学研究

1.3.3轨迹规划状况

1.4本文研究内容

第二章搬运机器人的基础设计

2.1关节设计

2.2臂长的优化设计

2.2.1场景规划

2.2.2建立机构优化数学模型

2.2.3几种极限位置的分析

2.2.4优化结果与分析

2.3末端夹持器的设计

2.3.1抓取经验分析

2.3.2结构设计

2.3.3动力源选择

2.3.4动作范围

2.3.5受力分析

2.3.6夹持器分析

2.4小结

第三章运动学分析

3.1位姿分析

3.1.1末端的位置分析

3.1.2末端的姿态分析

3.1.3末端的位姿分析

3.2末端坐标转换为关节值

3.3运动学计算

3.3.1正运动学计算

3.3.2逆运动学计算

3.4程序实现

3.4.1 VB简介

3.4.2 VB界面实现

3.5 小结

第四章轨迹规划与仿真

4.1路径描述

4.2轨迹规划的基本原理

4.3轨迹生成方法

4.4关节空间内的轨迹规划

4.4.1关节空间加速段轨迹规划

4.4.2关节空间减速段轨迹规划

4.4.3小路径段关节情况轨迹规划

4.5笛卡尔空间内的轨迹规划

4.5.1笛卡尔空间加速段轨迹规划

4.5.2笛卡尔空间减速段轨迹规划

4.5.3笛卡尔空间匀速段轨迹规划

4.5.4小路径段笛卡尔情况轨迹规划

4.6 MATLAB简介

4.7关节空间下的轨迹仿真

4.7.1关节空间加速段的MATLAB仿真

4.7.2关节空间减速段的MATLAB仿真

4.7.3小路径段关节情况的MATLAB仿真

4.8笛卡尔空间下的轨迹仿真

4.8.1竖直直线段的MATLAB仿真

4.8.2径向直线段的MATLAB仿真

4.9小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表论文、科研情况