基于UG和ADAMS的五自由度机器人手臂的空间轨迹优化设计

发布时间：2017-10-25 07:27

  本文关键词：基于UG和ADAMS的五自由度机器人手臂的空间轨迹优化设计

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【摘要】：沈工机器人研究所与北方装备有限公司共同研发特种防爆机器人手臂Ⅰ型,设计目的是能够完成在危险环境下抓取易爆物体放到目标位置的任务。随着机器人技术研究的深入,机器人手臂的运动轨迹规划则显得十分重要,本文针对五自由度特种防爆机器人手臂进行轨迹优化研究,具体的解决方法及结果如下:一、针对五自由度特种防爆机器人手臂设计效率较低的问题,利用UG软件对五自由度特种防爆机器人手臂进行结构仿真,完成特种防爆机器人手臂的标准参数化模型库;并在装配模块中建立装配仿真,对机器人手臂的各零件的运动空间情况和干涉情况分析,加快的机器人手臂的结构设计过程、降低了成本。二、针对五自由度特种防爆机器人手臂各关节无法实现联动问题,利用D-H方法建立五自由度特种防爆机器人手臂关节空间坐标系,建立特种防爆机器人手臂的运动学方程求出正解、反解;利用正、反解以实现各关节联动目的。三、针对五自由度特种防爆机器人手臂运动中产生较大振动问题,利用拉格朗日动力学方法建立特种防爆机器人手臂动力学方程,并在Matlab/Simulink环境下结合S-函数对特种防爆机器人手臂进行了简单的动力学分析。特种防爆机器人手臂的角加速度变化曲线中可以得到机器人手臂的起始和目标时刻角加速度值都不为零,得出特种防爆机器人手臂在运动过程中产生振动、冲击。四、针对五自由度特种防爆机器人手臂进行轨迹优化设计,在关节空间坐标系下基于五次多项式插值法对五自由度特种防爆机器人手臂进行轨迹规划,五次多项式不仅可以保证机器人手臂在起始位置、目标位置、关键点位置的角度、角速度、角加速度的连续性、大小;并在Adams软件对其进行仿真分析,得到各关节的角度、角速度、角加速度变化曲线,并以特种防爆机器人手臂关节平均加加速度为目标函数,进行轨迹优化设计,使机器人手臂达到平稳运动的目的。
【关键词】：机器人手臂 运动学分析 动力学分析 轨迹规划 优化设计
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.3 课题主要研究内容15-17
• 第2章 五自由度机器人手臂的结构仿真17-26
• 2.1 UG软件的介绍17
• 2.2 机器人手臂整体结构17-18
• 2.3 机器人手臂零件仿真18-23
• 2.4 机器人手臂的装配仿真23-24
• 2.5 本章小结24-26
• 第3章 五自由度机器人手臂运动学分析26-42
• 3.1 运动学概述26-32
• 3.1.1 机器人手臂位姿描述27-28
• 3.1.2 机器人手臂坐标变换28-32
• 3.2 运动学分析32-40
• 3.2.1 连杆参数和连杆坐标系32-34
• 3.2.2 正运动学分析34-37
• 3.2.3 反运动学分析37-40
• 3.3 运动学仿真40-41
• 3.3.1 Robotics Toolbox介绍40
• 3.3.2 运动学仿真40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 五自由度机器人手臂动力学分析42-55
• 4.1 机器人手臂动力学介绍42-47
• 4.1.1 牛顿—欧拉方法42-45
• 4.1.2 拉格朗日方程45-47
• 4.2 动力学方程47-51
• 4.3 基于Matlab/Simulink特种防爆机器人手臂动力学仿真51-54
• 4.3.1 Matlab/Simulink介绍51-52
• 4.3.2 S-Function介绍52
• 4.3.3 动力学仿真模型52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 五自由度机器人手臂轨迹规划55-74
• 5.1 轨迹规划的概述55
• 5.2 笛卡尔空间轨迹规划55-59
• 5.3 关节空间轨迹规划59-63
• 5.3.1 三次多项式插值59-62
• 5.3.2 五次多项式插值62-63
• 5.4 五自由度机器人手臂的轨迹规划63-64
• 5.5 基于Adams特种防爆机器人手臂轨迹仿真64-69
• 5.6 五自由度机器人手臂轨迹优化69-73
• 5.6.1 机器人手臂轨迹优化概述69-70
• 5.6.2 机器人手臂轨迹优化目标函数70-71
• 5.6.3 基于改进的Newton法寻优71-73
• 5.7 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果80-81
• 致谢81-82

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本文编号：1092700