六自由度機(jī)械臂具有力約束的軌跡規(guī)劃方法研究.pdf

1、伴隨著“中國制造2025”的提出，被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠頂端明珠”的機(jī)器人成為了發(fā)展中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。機(jī)械臂作為機(jī)器人的一種，擁有較高的空間定位精度、高可靠性等優(yōu)勢，具有可工作在危險、惡劣環(huán)境中的特點(diǎn)。目前工業(yè)中所使用的機(jī)械臂，如焊接、搬運(yùn)、噴涂等，都只進(jìn)行簡單的軌跡控制，而對于某些特殊的復(fù)雜作業(yè)，需要機(jī)械臂在與外界接觸的情況下進(jìn)行運(yùn)動，并且要求在實(shí)現(xiàn)期望軌跡的運(yùn)動過程中接觸力滿足一定的安全范圍要求。本文將以實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的REBOT-V-

2、6R六自由度機(jī)械臂為研究對象，將力約束轉(zhuǎn)化為接觸形變和接觸運(yùn)動速度的約束，并在具有力約束的情況下進(jìn)行軌跡規(guī)劃方法的研究。
　　本文首先建立六自由機(jī)械臂模型。針對實(shí)驗(yàn)室的REbot-V-6R六自由度機(jī)械臂，用D-H法建立運(yùn)動學(xué)模型；用改進(jìn)的Pieper法進(jìn)行機(jī)械臂逆運(yùn)動學(xué)求解；并用Matlab Robotic Toolbox進(jìn)行了機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)模型的驗(yàn)證。然后，研究六自由機(jī)械臂空間位置和姿態(tài)規(guī)劃方法。對于位置規(guī)劃進(jìn)行空間直線、空間圓弧

3、和空間復(fù)雜曲線的插補(bǔ)方法研究；對于姿態(tài)規(guī)劃根據(jù)不同姿態(tài)描述方法分別研究基于歐拉角、基于等效軸-角和基于四元數(shù)的六自由度機(jī)械臂姿態(tài)規(guī)劃方法；并進(jìn)行了基于歐拉角的空間直線位姿規(guī)劃、基于姿態(tài)角遞增和五次多項(xiàng)式的空間圓弧位姿規(guī)劃和基于四元數(shù)的空間復(fù)雜曲線位姿規(guī)劃仿真實(shí)驗(yàn)，并通過書寫實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)械臂軌跡規(guī)劃方法的正確可行。最后，研究了具有力約束的機(jī)械臂軌跡規(guī)劃方法。在接觸模型和接觸運(yùn)動學(xué)的基礎(chǔ)上對機(jī)械臂末端與外界環(huán)境之間進(jìn)行了靜態(tài)接觸和動態(tài)接觸分