六自由度工業(yè)機(jī)器人的建模與仿真研究.pdf

1、為了充分發(fā)揮機(jī)器人在機(jī)械柔性制造單元中的作用，本文基于機(jī)器人的基礎(chǔ)理論對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了建模和仿真研究。以工業(yè)中應(yīng)用最廣的KUKA六自由度工業(yè)機(jī)器人為研究對象，對機(jī)器人的基礎(chǔ)理論做了研究，并且結(jié)合機(jī)床模型開發(fā)了基于柔性制造單元的仿真系統(tǒng)。
　　本文對以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究:
　　(1)本文根據(jù)齊次坐標(biāo)變換理論，分析了機(jī)器人結(jié)構(gòu)及參數(shù)，建立了相應(yīng)的D-H參數(shù)模型，求解得到了正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的解析解，并且借助于三維建模軟件

2、的方法驗(yàn)證了正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解析解的正確性。
　　(2)在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對機(jī)器人進(jìn)行了軌跡規(guī)劃研究，分別分析了機(jī)器人的關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃和笛卡爾軌跡規(guī)劃，并求解得到了機(jī)器人關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃模型和笛卡爾軌跡規(guī)劃模型，此外還對比分析了兩種軌跡規(guī)劃的特點(diǎn)。為了直觀地分析機(jī)器人軌跡規(guī)劃的正確性和效果，對得到的機(jī)器人關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃模型和笛卡爾軌跡規(guī)劃模型進(jìn)行了仿真，由仿真結(jié)果可定性的驗(yàn)證軌跡規(guī)劃模型的正確性。此外，可以得到

3、由關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線，包括角度、速度和加速度曲線。由仿真結(jié)果可以得出，將三次樣條插值函數(shù)法用于工業(yè)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃中，有利于避免機(jī)器人在運(yùn)行過程中產(chǎn)生振動(dòng)，從而保證機(jī)器人在整個(gè)運(yùn)行工作中的穩(wěn)定性，保證機(jī)器人到達(dá)預(yù)定位置。
　　(3)為了使機(jī)器人在工作過程中具有較好的動(dòng)態(tài)性能，在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性。將離心力和哥氏力的作用考慮了進(jìn)去，從而能夠確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)牛頓—?dú)W拉動(dòng)力學(xué)

4、遞推算法，并結(jié)合機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，能得到機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型。利用MATLAB軟件進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真分析，得到動(dòng)力學(xué)曲線，不僅可以作為優(yōu)化控制的依據(jù)，而且可以為優(yōu)化機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。
　　(4)最后基于MATLAB將VRML模型通過GUI界面與MATLAB仿真程序建立聯(lián)系，構(gòu)建了機(jī)器人的實(shí)時(shí)三維可交互仿真平臺。該平臺由機(jī)器人控制面板和三維可視化窗口組成，通過控制面板可實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人的實(shí)時(shí)交互仿真，三維可視化窗口則可實(shí)時(shí)顯示機(jī)器人