文档介绍：北京工业大学
硕士学位论文
六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真
姓名:马江
申请学位级别:硕士
专业:模式识别与智能系统
指导教师:孙亮
20090501
要摘控机和关节控制器挂在芟呱稀9た鼗饕9δ苁嵌怨亟诳刂破鹘屑嗫兀机械臂作为机器人最主要的执行机构,对于它的研究有着重要的意义。机械臂系统包括机械、硬件、软件、算法这四个部分。各个部分都是紧密相联,需要互相协调来设计的。课题主要开展了以下几个方面的工作:首先,依据工作空间中机械臂抓持器要想达到任意位姿,至少需要六个自由度的结论,采用了六自由度链式关节的结构。根据自平衡机器人的尺寸设计了一套机械臂的结构方案,并通过各连杆的质量,采用静力学估算各个关节的力矩,从而选择与之匹配的电机。采用了一种基于芟叻植际降目刂品桨浮=ü同时也完成机械臂运动学、轨迹规划方面算法的实现。关节控制器采用公司饕J迪治恢茫俣群土厮欧刂扑惴ǖ氖迪帧其次,采用标准的瓾建模方法,建立了机械臂的数学模型。对机械臂的正运动学进行了分析,采用解析法对关节角进行解耦运算,推导出了逆运动学的封闭解析解,并采用功率最省做为性能指标,确定了唯一解。使用基于魅斯ぞ呦涠酝频脊痰恼沸越辛搜橹び敕再次,重点分析了机械臂在关节空间中轨迹规划的两种实现方法:三次多项式和五次多项式轨迹规划方法。仿真结果表明三次多项式轨迹规划方法计算量较小,但是不能保证角加速度连续:五次多项式轨迹规划方法计算量较大些,但能够保证角加速度的连续性,从而使电机平稳地运行。然后又在笛卡儿空间中对机械臂进行了轨迹规划,采用了空间直线和空间圆弧插补算法,详细地介绍了这两种轨迹计划的实现算法,并且对种插补算法进行了仿真实验。最后,根据六自由度机械臂的构型,基于蚣芾嗪蚈夹慰猓在开发平台上专门开发了一套适用于这种构型的三维仿真工具。仿真工具把运动学和轨迹规划算法融入了其中,有效地验证了机械臂数学模型以及正、逆运动学求解过程的正确性,并且对四种轨迹规划方法的效果做了直观的比较。有效地解决了运动学和轨迹规划分析结果不易验证以及在实际本体上试验成关键词机械臂;控制系统;轨迹规划:;三维仿真的平台下的真。本较高的问题。摘要
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签名:刍丝一导师签名:羁毛签名:马返隰毕丛日期:三呈生笸因独创性声明关于论文使用授权的说明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得叭ば┨没蚱渌育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全了解哀王些太堂有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑
笛靼第滦髀研究的背景和童义机器人是一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置⋯。机器人技术作为二十一世纪非常重要的技术,与网路技术、通信技术、基因技术、虚拟现实技术等一样,属于高新技术【俊K婕暗难Э朴胁牧科学、控制技术、传感器技术、计算机技术、微电子技术、通讯技术、人工智能、仿生学等等很多学科口;当圩魑;魅俗钪饕5闹葱谢梗运难芯吭嚼越受到工程技术人员的关注。一个机械臂系统主要包括机械、硬件和软件、算法这四个部分。到具体设计需要考虑结构设计、控制系统设计、运动学分析、动力学分析、轨迹规划研究、路径规划研究、运动学动力学仿真等部分。对于一套轻便型机械臂的研发,需要把各个部分紧密联系,互相协调设计。随着时代的进步,机器臂技术的应用越来越普及。己逐渐渗透到军事、航天、医疗、日常生活及教育娱乐等各个领域。目前实际应用的绝大多数机器臂都是固定在基座上的,它们只能固定在某一位置上进行操作,因而其应用范围多限于工业生产中的重复性工作【。于是实际生产生活中迫切需要一种活动空间大,能适用于各种复杂环境和任务的可移动机器人。由于移动机器人工作空间大、,,所以没有抓取物体的功能。为了让移动机器人能够完成简单的作业,在它上面安装两只轻型服务型机械臂显的尤其必要。图为德国宇航中心研制的具有视觉伺服可控机械臂的移动机器人。幽甙鼗当鄣囊贫疻魅绪论
,美国家实验室开发了用于处理放射性物质的遥控机械操作手。年,美国的紫劝言冻炭刂破鞯母私峁褂胧叵炒驳乃欧峤岷掀鹄矗兄瞥隽说谝台通用机械