基于simmechanics的工業(yè)機(jī)器人工作空間關(guān)鍵技術(shù)研究

1、基于基于SimMechanics的工業(yè)機(jī)器人工作空間關(guān)鍵技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人工作空間關(guān)鍵技術(shù)研究研究工業(yè)機(jī)器人是一種可通過編程完成某些操作或移動作業(yè)的自動化裝備，具有高度柔性和開放性工業(yè)機(jī)器人集成現(xiàn)代化制造系統(tǒng)，極大提高了制造業(yè)自動化水平。隨著空間探索及應(yīng)用的深入，空間機(jī)器人將扮演越來越重要的角色。在空間機(jī)器人的設(shè)計(jì)、規(guī)劃及控制過程中，工作空間都是一個(gè)需要考慮的重要問題，它是衡量機(jī)器人工作能力的一個(gè)重要的運(yùn)動學(xué)指標(biāo)。目前，對于六自由度工業(yè)機(jī)

2、器人工作空間的求解方法，主要有解析法、數(shù)值法、幾何法和Matlab仿真法。解析法是指，通過代數(shù)方法得到精確描述機(jī)器人末端位姿的解析方程，有兩種得到解析方程的途徑，一種是根據(jù)包絡(luò)理論確定工作空間的界限曲面，另一種是通過求解機(jī)器人的奇異曲面來確定工作空間的界限曲面。數(shù)值法是以極值理論和優(yōu)化方法為基礎(chǔ)的，首先計(jì)算機(jī)器人工作空間邊界曲面上的特征點(diǎn)，用這些點(diǎn)構(gòu)成機(jī)器人的邊界曲線，用這些邊界曲線構(gòu)成的面表示機(jī)器人的邊界曲面。圖解法是指利用幾何作圖的

3、方式，對機(jī)器人的操作機(jī)構(gòu)按工作空間定義來求解，所得到的工作空間往往是工作空間的各類剖截面或剖截線。Maflab仿真法是利用Maflab軟件的機(jī)器人工具箱（RoboticToolbox）對機(jī)器人進(jìn)行建模和仿真求解機(jī)器人末端的工作空間。Matlab，SimMechanics仿真法使用正弦信號驅(qū)動機(jī)器人關(guān)節(jié)，來求解機(jī)器人末端的工作空間。在Maflab軟件中的SimulinkSimMechanics工具箱中，對六自由度串聯(lián)工業(yè)機(jī)器人前三個(gè)關(guān)節(jié)和

4、和角加速度信號來驅(qū)動機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，Scope模塊顯示機(jī)器人末端的位置信息，ToWkspace模塊輸出機(jī)器人末端的位置信息到工作區(qū)中。角加速度的值設(shè)置為ad，保證機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的角速度不變；角速度根據(jù)該關(guān)節(jié)在一個(gè)包絡(luò)過程中轉(zhuǎn)動的角度來設(shè)定一個(gè)定值，保證角度等步長改變；角度值設(shè)定為關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)某一個(gè)初值。這樣就可以產(chǎn)生等角度步長的點(diǎn)位，仿真時(shí)間設(shè)定為30秒，解算器選擇固定步長類型的二階常微分方程（改進(jìn)的歐拉法ode2），該解算器產(chǎn)生的點(diǎn)

5、位誤差較小，時(shí)間步長0.01秒，這時(shí)，在一次包絡(luò)中將會產(chǎn)生3000個(gè)點(diǎn)位。工業(yè)機(jī)器人基座和前三關(guān)節(jié)建模完成后，進(jìn)行模型運(yùn)動仿真，機(jī)器人模型的運(yùn)動仿真動畫如圖4所示。根據(jù)機(jī)器人2D工作空間求解步驟，六條包絡(luò)線描述了2D工作空間的外輪廓線和內(nèi)輪廓線如圖5所示。內(nèi)外輪廓線之間的范圍構(gòu)成機(jī)器人末端2D工作空間如圖6所示。根據(jù)機(jī)器人3D工作空間求解步驟，六個(gè)包絡(luò)面描述了機(jī)器人末端3D工作空間的外輪廓面和內(nèi)輪廓面如圖7所示。機(jī)器人末端的3D工作空間