六自由度工业机器人轨迹规划与仿真的研究

摘要

随着现代工业生产自动化程度的不断提高，国内外对机器人技术的发展越来越重视。本文以REBOT-V-6R六自由度机器人为研究对象，对其运动学、轨迹规划、运动仿真进行了分析研究，主要研究内容如下： 第一，对六自由度机器人运动学进行研究。采用D-H法建立六自由度机器人的数学模型，求出运动学正、逆解的表达式，为六自由度机器人轨迹规划及运动仿真的研究打下数学基础。 第二，对六自由度机器人的轨迹进行规划。为了使得机器人在运动过程中的振动和冲击减少，通过提高轨迹规划的精度来实现，对矩形轨迹进行规划。分别采用三次多项式、三次B样条、三次NURBS、五次多项式和五次B样条对机器人轨迹进行规划。规划结果表明,采用三次NURBS规划的运动轨迹中角位移、角速度、以及角加速度光滑连续，突变较小，机器人轨迹精度好，规划性能优于三次多项式样条和三次B样条；采用五次多项式规划的运动轨迹中角位移、角速度、以及角加速度光滑，连续没有突变，规划性能要优于三次多项式样条；采用五次B样条规划的运动轨迹角位移、角速度、以及角加速度的规划性能也优于三次B样条。 第三，对六自由度机器人进行运动仿真。利用MATLAB的GUI 工具建立六自由度机器人仿真平台，六自由度机器人的三维模型通过在 MATLAB 中编写三维实体函数进行建立，此外在仿真平台中添加了关节控制模块、轨迹规划模块、动画仿真模块等等，其中轨迹规划模块中矩形、圆形、正弦轨迹等轨迹可以分别用上述五种规划方法对其进行规划；动画仿真模块可以分别仿真矩形、圆形和正弦轨迹，这对于六自由度机器人的运动学仿真的研究以及后续的运动控制提供了可靠的依据。 第四，利用Visual Studio 2015建立六自由度工业机器人的控制平台。为了对机器人末端执行机构规划一个矩形轨迹,采用 DMC 运动控制器对实验室机器人实体进行运动控制并仿真，通过机器人控制平台来操作机器人实体验证规划的可靠性。

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第1章 绪论

1.1 选题背景及其意义

1.2 国内外研究现状及发展动态分析

1.2.1 轨迹规划

1.2.2 仿真技术

1.3 主要研究内容

第2章 工业机器人运动学分析

2.1 参考坐标系的建立

2.2 运动学正解

2.3 运动学逆解

2.4 欧拉角的求解

2.5 本章小结

第3章 工业机器人轨迹规划

3.1 轨迹规划方法

3.1.1 三次多项式样条

3.1.2 五次多项式样条

3.1.3 B样条

3.1.4 三次NURBS曲线

3.2 机器人建模与仿真

3.3 轨迹规划实例

3.3.1 矩形轨迹规划

3.3.2 圆轨迹规划

3.3.3 正弦轨迹规划

3.4 本章小结

第4章 六自由度机器人运动仿真平台的设计

4.1 机器人运动仿真平台

4.1.1 机器人实体模型的建立

4.1.2 数据传递方式

4.1.3 必要的功能控件

4.2 本章小结

第5章 控制平台的建立

5.1 DMC运动控制器简介

5.2 机器人控制平台的建立

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

致谢