四自由度教學(xué)型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡控制技術(shù)研究.pdf

1、機(jī)器人技術(shù)作為高科技的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，普遍受到各國政府的重視，已經(jīng)成為制造業(yè)中不可缺少的重要裝備和手段，同時(shí)也成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標(biāo)志。隨著機(jī)器人技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，各大中院校陸續(xù)開展了機(jī)器人課程的教學(xué)，因此迫切需要對教學(xué)機(jī)器人的進(jìn)行研究與開發(fā)。本文針對四自由度教學(xué)型機(jī)器人機(jī)械本體，搭建了開放式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人繪圖、寫字等功能。
　　 本文首先介紹了機(jī)器人機(jī)械組成、結(jié)構(gòu)型式、驅(qū)動(dòng)方式及

2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并重點(diǎn)介紹了機(jī)器人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。針對四自由度教學(xué)型機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)的功能，對執(zhí)筆端機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一些改進(jìn)，解決了其在圖形繪制和寫字過程中出現(xiàn)的脫離紙面和劃破紙張的問題。機(jī)器人工作空間是從幾何方面討論機(jī)器人的工作性能，工作空間的大小、奇異位形和靈活性分別反映了機(jī)器人位姿輸出空間運(yùn)動(dòng)學(xué)性能的不同側(cè)面。本文對機(jī)器人工作空間進(jìn)行了分析，得到機(jī)器人靈活工作空間大小，并討論了各連桿長度對它們的影響。
　　 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)

3、動(dòng)控制的基礎(chǔ)，本文運(yùn)用D-H方法建立機(jī)器人模型的連桿坐標(biāo)系，對四自由度教學(xué)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析，求解出運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解。并在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下，建立了四自由度教學(xué)型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模型，給定空間平面內(nèi)一個(gè)橢圓軌跡，采用適當(dāng)插補(bǔ)算法進(jìn)行軌跡運(yùn)動(dòng)控制，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的正確性。通過仿真模型中各關(guān)節(jié)傳感器可方便得到各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況。通過修改運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解子模塊中桿長參數(shù)進(jìn)行仿真分析可以得到桿長對關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的影響情況。

4、
　　 采用開放式兩級(jí)遞階控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，搭建了四自由度教學(xué)型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)平臺(tái)。應(yīng)用研華PCI1240四軸運(yùn)動(dòng)控制卡對各關(guān)節(jié)進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)控制，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，快速性和精確性。利用單片機(jī)作為下位機(jī)進(jìn)行機(jī)器人位姿反饋，并采用串口通信方式實(shí)現(xiàn)與上位PC的通信功能。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了四自由度教學(xué)型機(jī)器人上位機(jī)控制系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人繪圖、寫字、G代碼執(zhí)行、位姿反饋等功能。編寫下位機(jī)的位姿反饋程序，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)實(shí)時(shí)通信功能，