基于MATLAB和ADAMS的机械臂的轨迹规划与协调控制

摘要

本课题对单机械臂的轨迹规划、控制系统设计以及双机械臂的协同作业控制进行了研究，提出了一种双机械臂的协调与合作的作业控制算法，为工业生产中复杂任务的完成提供一种解决方案。本课题的主要研究内容如下:
　　(1)以广州数控设备有限公司RHO6焊接机械臂为研究对象，对其数学模型建立，并展开正向运动学和逆向运动学计算;并使用MATLAB软件进行编程，验证了所求结果的正确性。
　　(2)利用五次多项式插值法、直线插补法和圆弧插补法等方法，分别对机械臂进行关节空间轨迹规划和笛卡尔空间轨迹规划，完成了机械臂矩形和椭圆形的轨迹规划工作;并利用MATLAB的工具箱Robotic toolbox进行编程，模拟了机械臂的运动过程，并绘制出机械臂的作业轨迹，直观地验证了该轨迹规划的可行性及有效性。
　　(3)利用ADAMS仿真软件，对机械臂的轨迹规划方案进行模拟研究;并针对机械臂关节角度的控制问题，利用ADAMS软件联合MATLAB软件，设计出普通PID控制方案和模糊PID控制方案，并对二者进行了仿真对比。结果表明二者的稳态性能（稳态误差等）基本相同，但在动态性能（超调量、调节时间等）方面，模糊PID控制要优于常规PID控制。
　　(4)针对双机械臂的协作运动控制的机理，提出了一种通过主机械臂示教轨迹获得从机械臂末端轨迹的求解方法;并搭建了Arduino控制系统，完成了双机械臂协作药物包装实验，验证了双机械臂的轨迹规划方案，为工业生产中较为复杂的任务的完成提供了可能。同时，采用一个控制器同时控制两个机械臂的设计，有效地降低了成本。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的时代背景

1．2 国内外机械臂发展近况

1．2．1 单机械臂的研究状况

1．2．2 多机械臂的研究状况

1．2．3 我国机械臂产业急待解决的关键技术

1．3 选题的目的与意义

1．4 课题的研究方法及主要内容

1．4．1 课题的研究方法

1．4．2 课题的主要内容

第二章 机械臂运动学计算

2．1 位姿描述

2．1．1 位置描述

2．1．2 方位描述

2．1．3 位姿描述

2．1．4 复合变换

2．1．5 变换方程

2．2 数学模型建立

2．3 正向运动学计算

2．4 逆向运动学计算

2．5 本章小结

第三章 机械臂的轨迹规划及仿真

3．1 机械臂规划

3．2 关节空间的轨迹规划

3．2．1 五次多项式插值法

3．2．2 关节轨迹规划的MATLAB仿真

3．3 笛卡尔空间的轨迹规划

3．3．1 直线插补法

3．3．2 圆弧插补法

3．3．3 笛卡尔轨迹规划的MATLAB仿真

3．4 基于MATLAB机械臂轨迹规划仿真实例

3．4．1 矩形轨迹

3．4．2 椭圆轨迹

3．5 本章小结

第四章 基于MATLAB和ADAMS的控制系统设计及仿真

4．1 三维实体建模

4．2 PID控制方案

4．2．1 模型导入厦基本参数设定

4．2．2 添加约束和单分量力矩

4．2．3 创建输入输出状态变量

4．2．4 导出控制参数

4．2．5 控制方案设计

4．2．6 仿真设置及运行

4．3 模糊PID控制方案

4．3．1 模糊PID控制原理

4．3．2 模糊控制的输入输出

4．3．3 模糊控制规则的制定

4．3．4 输出量的精确化

4．3．5 建立被控对象数学模型

4．3．6 模糊PID控制系统的设计

4．4 模糊PID控制方案与经典PID控制方案的对比分析

4．5 本章小结

第五章 双机械臂的协调控制研究

5．1 双机械臂的轨迹规划算法

5．2 仿真实例

5．3 实验硬件

5．3．1 硬件准备

5．3．2 硬件搭建

5．3．3 控制原理

5．4 软件编程

5．5 实验结果

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

附录

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介