关节型机器人结构设计及其运动学浅析

关节型机器人以工作范围大、动作灵活、结构紧凑、能够抓取靠近基座的物体等特点而受到设计者和使用者的关注。本文针对六自由度关节型实验机器人手臂部分进行研究分析,主要研究了机器人总体方案设计、所选定机器人方案的运动学分析、轨迹规划和工作空间分析,虚拟样机设计和运动学的仿真。本课题设计的三自由度机器人手臂为后续课题作了铺垫,待设计完整后的六自由度机器人既可以用于教学和科研,还可以做进一步的研发,所以本课题的研究具有广泛的实际意义和应用远景|教学论文范文|。为了满足机器人操纵内容的要求,本文进行了相关关键技术的研究。首先,作者针对机器人的设计要求提出了多个方案,对其进行分析比较后,选择其中最优的方案后用Pro/Engineer和AutoCAD软件进行了机器人模型结构设计;其次,进行了运动学分析,用D-H方法建立了坐标变换矩阵,推算了运动方程的正、逆解,运用VC制作了正、逆运动学求解的求解界面;并且用微分变换法推导了速度雅可比矩阵;在基于机器人的运动学的轨迹规划中,通过在操纵空间的规划,提出了归一化因子来求解中间结点,通过它可以使求解中间结点变得更简单,并且赋予这些中间结点实际的物理含义,对于规划中精确性和实时性的矛盾,提出了以误差极限法和反向插值法来解决的方法;为了减少规划过程中计算量,在关节空间进行三次样条插值;然后借助图解法进行工作空间分析,作出了实际工作空间的轴剖图。最后,用ADAMS软件进行了机器人手臂的运动仿真,并对其结果进行了分析,对在机械设计中使用虚拟样机技术做了尝试,积累了经验。【关键词】：机器人运动学轨迹规划仿真
【论文提纲】：摘要3-4Abstract4-9第一章绪论9-161.1引言9-111.1.1产业机器人的发展过程及其应用10-111.1.2产业机器人研究的现状与意义111.2国内外机器人研究现状11-141.2.1国外机器人研究现状11-121.2.2国内机器人研究现状12-131.2.3产业机器人运动学系统研究现状13-141.2.4产业机器人轨迹规划研究的现状与意义141.3本文研究的意义及主要内容14-161.3.1本文研究目的和意义141.3.2本文主要研究内容和工作14-16第二章机器人本体结构设计16-322.1机器人机械设计的特点162.2与机器人有关的概念16-182.3机器人手臂结构方案设计18-222.3.1方案功能设计与分析18-212.3.2机器人总体模型图21-222.4机器人手臂驱动方案设计22-292.4.1机器人驱动方案的对比分析及选择22-232.4.2大臂、小臂、腰部回转关节步进电机和谐波减速器的选择23-292.5机器人控制软件的设计29-312.5.1机器人的点位控制29-312.6本章小结31-32第三章运动学计算32-503.1概述32-333.2产业机器人位置与姿态的描述33-413.2.1刚体位姿的描述33-353.2.2关节坐标变换35-373.2.3Denit-Hartenberg(D-H)表示法37-383.2.4连杆变换矩阵及其乘积38-413.3运动学正解（DKP）41-423.3.1机器人运动学正问题41-423.4运动学逆解（IKP）42-433.4.1机器人运动学逆问题42-433.5机器人运动学的正逆解的编程过程43-473.5.1机器人运动学正逆解的程序流程图433.5.2机器人运动学正逆解的操纵界面43-473.6雅可比矩阵的推算47-493.7本章小结49-50第四章机器人轨迹规划分析50-664.1轨迹规划问题的提出和一般概念50-514.2轨迹规划的目的和作用51-524.3规划中的一般性问题52-544.3.1运动的描述524.3.2机器人操纵臂具体作业情况524.3.3作业中有无障碍52-534.3.4轨迹规划主要方法534.3.5规划总过程的描述53-544.4规划的具体方法54-594.4.1假设的条件|教育论文网|条件544.4.2作业的描述54-554.4.3操纵臂末端或手部的数学模型建立55-564.4.4驱动变换D(λ)的计算和分解56-584.4.5相邻两子轨迹间的过渡58-594.5操纵空间规划的改进方案59-634.5.1基于精确性的误差极限法59-624.5.2基于实时性的反向插值法62-634.6工作空间分析63-654.6.1工作空间的概念634.6.2工作空间的形成63-644.6.3工作空间中的空腔和空洞644.6.4实际工作空间的图解分析和作图64-654.7本章小结65-66第五章利用ADAMS运动仿真66-755.1虚拟样机技术概述66-675.2用ADAMS进行机器人运动学仿真67-745.2.1机器人结构的简化以及仿真模型的建立67-685.2.2仿真结果的分析68-745.3本章小结74-75第六章全文总结75-776.1本文取得的结果756.2存在的问题和改进意见75-77参考文献77-79附录A79-81附录B81-84致谢84-85作者简介85