6R工业机器人的运动轨迹规划及仿真研究

摘要

随着机器人技术越来越成熟，企业制造商越来越广泛的使用机器人来完成工作任务。其中六自由度关节式机器人由于其操作空间大并且结构紧凑在制造业领域中广泛使用，它是生产制造中应用最广泛的机器人。由于关节式机器人的诸多优点，本文设计和分析了一个负载为6kg的关节式机器人。
　　首先，对机器人常用的几种类型进行分析，最终选择关节式机器人进行设计，然后对其每个关节的结构进行设计，并建立solidworks三维模型图，使得机器人的整体结构更加直观;机器人要实现运动，就必须对其驱动系统进行设计，因此，根据经验及其他机器人样机，对工业机器人的电机和减速器进行选型;建立对工业机器人的连杆坐标系，得到其D-H参数，根据这些参数建立机器人的运动学方程，并运用Matlab Roboticstoolbox工具箱对机器人的各个杆件进行建模，组成一个完整的机器人模型，对其进行正逆运动学和工作空间的仿真分析。
　　其次，介绍了机器人的两种轨迹规划方法，这两种方法分别是关节空间轨迹规划和笛卡尔空间轨迹规划，然后对两者进行分析比较，综合两者的优缺点，最终本文选择关节空间进行轨迹规划;选取轨迹规划方法后结合matlab的强大功能对机器人的运动轨迹进行仿真，得到机器人末端的角位移、速度和加速度曲线，仿真得到的曲线光滑无突变，使得机器人可以按照预定的轨迹完成任务。
　　最后，简单介绍RBF神经网络的结构，对RBF神经网络的matlab设计进行研究;由于RBF神经网络规模大、学习速度快、函数逼近拟合功能优的特点，将其运用到关节式机器人的轨迹规划中，结合matlab工具箱的强大功能，对机器人的轨迹进行仿真，得到机器人光滑的角位移曲线，神经网络得到的角位移曲线光滑，且与轨迹规划得到的曲线基本一致，说明了把RBF神经网络应用到工业机器人轨迹规划中是合理可行的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 工业机器人概述

1．2 机器人的研究背景及意义

1．3．1 国内工业机器人研究内容

1．3．2 国外工业机器人的研究内容

1．3．3 工业机器人的研究现状

1．4 未来工业机器人的发展趋势

1．5 主要研究内容与结构框架

2 工业机器人结构设计

2．1 工业机器人常用构型

2．2 关节式机器人主要技术参数

2．3 工业机器人各部分结构及建模

2．4 机器人各部分材料的选取

2．5 机器人驱动系统方案的设计

2．6 本章小结

3 工业机器人的运动学分析与仿真

3．1 建立关节式机器人的正运动学方程

3．1．1 建立工业机器人连杆坐标系

3．1．2 建立关节式机器人的正运动学方程

3．2 建立关节式机器人逆运动学方程

3．3 基于Robotics Toolbox的工业机器人运动学仿真

3．3．1 基于Matlab的机器人建模

3．3．2 三维模型验证

3．3．3 机器人正运动学与逆运动学仿真

3．4 工业机器人工作空间仿真

3．5 本章小结

4 工业机器人的轨迹规划

4．1 工业机器人轨迹规划方法概述

4．2 关节空间轨迹规划法研究

4．2．1 三次多项式插值

4．2．2 五次多项式插值

4．2．3 抛物线过渡的线性插值

4．3 笛卡尔空间轨迹规划的研究

4．4 基于关节空间的轨迹规划仿真

4．5 本章小结

5 RBF神经网络在机器人轨迹规划中的应用

5．1 RBF神经网络概述

5．1．1 人工神经网络模型

5．1．2 人工神经网络学习方式

5．2 基于RBF神经网络的轨迹规划

5．2．1 RBF神经网络

5．2．2 神经网络的MATLAB设计

5．3 基于RBF神经网络的轨迹规划仿真

5．4 本章小结

6 总结与展望

参考文献

研究生期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢