MOTOMAN UP50机器人在切削加工中的动力学问题及应用研究
发布时间：2020-12-29 22:17
机器人在切削加工时,由于机器人的动力学特性对于切削加工的质量、效率等有着较大的影响,所以本文针对机器人在切削过程中的动力学问题进行探究。本文以安川公司的MOTOMAN UP50工业机器人为研究对象,在构建该机器人运动学模型的基础上,利用所获取的机器人三维模型动力学参数建立了切削机器人动力学模型;同时分析了机器人的工作空间与任务空间,描述了两者之间的位姿关系;其次通过分析切削机器人在切削加工过程中的动力学状态,开展了切削机器人在任务空间中动力学优化和基于动力学的切削加工轨迹优化两个应用研究,望以此达到提升机器人切削加工质量的目的。（1）机器人运动学模型的建立。使用SolidWorks软件建立机器人三维模型并利用D-H后置坐标法建立了MOTOMAN UP50机器人的附体坐标系以及运动学方程,同时,在MATLAB环境下进行了运动学正逆解的验证。（2）机器人工作空间与任务空间的分析研究。根据机器人各个关节的转角范围,利用MATLAB软件对机器人的工作空间进行研究并以一个典型任务空间作为切削机器人工作空间的子空间,描述了两者之间的位姿关系。（3）MOTOMAN UP50机器人动力学方程的建立。利...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
笛卡尔坐标系下PA点的位置描述坐标系{A}为直角坐标系，PA是空间中的一点在坐标系{A}中的位置矢量
MOTOMANUP50机器人在切削加工中的动力学问题及应用研究10标原点设置直角坐标系，利用与坐标系{P}相互平行的三个单位矢量xA，P，yA，P，zA，P描述此物体在基坐标系{A}的姿态。其物体在坐标系{A}中的姿态由图2.2表示：图2.2笛卡尔坐标系下的姿态将上述三个单位矢量表示为矩阵形式,如公式（2.4）所示，得到其旋转矩阵表达式（2.5），其中R表示的是物体B的姿态相对于坐标系{A}的旋转矩阵。krjrirzkrjrirykrjrirxBABABA332331,322221,312111,（2.4）zzzyyyxxxTBABABAaonaonaonaonrrrrrrrrrzyxR333231232221131211,,,（2.5）用矢量两两之间的余弦表示为式（2.6）：),(cos),(cos),(cos),(cos),(cos),(cos),(cos),(cos),(cosBABABABABABABABABAzzyzxzzyyyxyzxyxxxR（2.6）对应于轴X,Y,Z作转角为θ的旋转变换，其旋转矩阵为式（2.7）、（2.8）和（2.9）：cossin0sincos0001)(XR（2.7）cos0sin010sin0cos)(yR（2.8）1000cossin0sincos)(ZR（2.9）
硕士学位论文11旋转矩阵R为单位正交矩阵，其中3个独立变量为单位正交矢量，满足单位模长约束和正交条件，并且该旋转变换矩阵的转置等于其逆反。2.3位姿描述物体的位姿可以由式（2.10）所表示，：BABAPRB,,（2.10）对于物体B来说，它的姿态为RA,B，它的位置为PA,B，在式（2.10）表达位置时，RA,B=I，在表达姿态时，PA,B为0。为方便表达和运算，式（2.10）一般都为齐次矩阵的形式，如式（2.11）所示：100010,,,zzzzyyyyxxxxBABABApaonpaonpaonPRT（2.11）2.4坐标变换在三维空间中，为了描述一个物体的位姿，可选择任一坐标系作为此物体的参考坐标系。一般，为了描述同一物体的位姿，常常需要在不同的参考系中表示[36]。例如，在图2.3的应用中，为了使机器人末端执行器能够到达目标物体所在的位置，需要获取世界坐标系、机器人坐标系、目标物体坐标系的位置和姿态，使得机器人可以完成对目标物体的相应任务。图2.3机器人与目标物体的坐标系（1）平移坐标变换如图2.4所示，在没有经过旋转的情况下，坐标系{B}由坐标系{A}进行平移得到，P点为坐标系{B}中的一点，它在坐标系{B}中的位置由PB表示，坐标系{A}经过距离PA,B的平移到达坐标系{B}，当用坐标系{A}来表达P的位置时，可以用PA表示，PA为矢量，由于在平移变换过程中姿态没有改变，则PA可以用矢量相加的方式得到：PA=PB+PA,B。
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业机器人的运动学及动力学研究[J]. 杨飞. 低碳世界. 2019(12)
[2]基于D-H矩阵的六足机器人运动仿真与分析[J]. 李胜铭,朱碧珂,王秉奇,吴振宇. 物联网技术. 2019(12)
[3]基于MATLAB的KUKA焊接机器人轨迹规划与运动学仿真[J]. 朱志伟,李和平. 机床与液压. 2019(21)
[4]双臂机器人动力学建模与伺服系统控制[J]. 刘江文,徐敏. 机械设计与制造. 2019(11)
[5]硬质合金平头铣刀铣削力系数的试验研究[J]. 李忠杰,杨元. 机械制造. 2019(10)
[6]工业机器人工作空间求解及逆运动学唯一解的确定[J]. 刘曰涛,沈宝民,杨林,杨正娇. 组合机床与自动化加工技术. 2019(09)
[7]一种五自由度喷涂机器人运动学与振动分析[J]. 余祥,邹光明,徐历洪,王文圣. 机械设计与制造. 2019(09)
[8]七自由度串联机器人位姿轨迹规划算法与仿真[J]. 陈爱文,黄忠明,黄凤良. 制造业自动化. 2019(03)
[9]伺服电机控制技术的应用与发展[J]. 王高理. 轻工科技. 2019(02)
[10]从新松看工业机器人关键技术[J]. 王金涛. 互联网经济. 2019(Z1)
博士论文
[1]固体火箭发动机壳体内壁绝热层打磨机器人关键问题的研究[D]. 孙一兰.东北大学 2009
硕士论文
[1]基于RBF神经网络的机械手轨迹跟踪控制方法研究[D]. 杜盟盟.河南科技大学 2015
本文编号：2946427
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
笛卡尔坐标系下PA点的位置描述坐标系{A}为直角坐标系，PA是空间中的一点在坐标系{A}中的位置矢量
MOTOMANUP50机器人在切削加工中的动力学问题及应用研究10标原点设置直角坐标系，利用与坐标系{P}相互平行的三个单位矢量xA，P，yA，P，zA，P描述此物体在基坐标系{A}的姿态。其物体在坐标系{A}中的姿态由图2.2表示：图2.2笛卡尔坐标系下的姿态将上述三个单位矢量表示为矩阵形式,如公式（2.4）所示，得到其旋转矩阵表达式（2.5），其中R表示的是物体B的姿态相对于坐标系{A}的旋转矩阵。krjrirzkrjrirykrjrirxBABABA332331,322221,312111,（2.4）zzzyyyxxxTBABABAaonaonaonaonrrrrrrrrrzyxR333231232221131211,,,（2.5）用矢量两两之间的余弦表示为式（2.6）：),(cos),(cos),(cos),(cos),(cos),(cos),(cos),(cos),(cosBABABABABABABABABAzzyzxzzyyyxyzxyxxxR（2.6）对应于轴X,Y,Z作转角为θ的旋转变换，其旋转矩阵为式（2.7）、（2.8）和（2.9）：cossin0sincos0001)(XR（2.7）cos0sin010sin0cos)(yR（2.8）1000cossin0sincos)(ZR（2.9）
硕士学位论文11旋转矩阵R为单位正交矩阵，其中3个独立变量为单位正交矢量，满足单位模长约束和正交条件，并且该旋转变换矩阵的转置等于其逆反。2.3位姿描述物体的位姿可以由式（2.10）所表示，：BABAPRB,,（2.10）对于物体B来说，它的姿态为RA,B，它的位置为PA,B，在式（2.10）表达位置时，RA,B=I，在表达姿态时，PA,B为0。为方便表达和运算，式（2.10）一般都为齐次矩阵的形式，如式（2.11）所示：100010,,,zzzzyyyyxxxxBABABApaonpaonpaonPRT（2.11）2.4坐标变换在三维空间中，为了描述一个物体的位姿，可选择任一坐标系作为此物体的参考坐标系。一般，为了描述同一物体的位姿，常常需要在不同的参考系中表示[36]。例如，在图2.3的应用中，为了使机器人末端执行器能够到达目标物体所在的位置，需要获取世界坐标系、机器人坐标系、目标物体坐标系的位置和姿态，使得机器人可以完成对目标物体的相应任务。图2.3机器人与目标物体的坐标系（1）平移坐标变换如图2.4所示，在没有经过旋转的情况下，坐标系{B}由坐标系{A}进行平移得到，P点为坐标系{B}中的一点，它在坐标系{B}中的位置由PB表示，坐标系{A}经过距离PA,B的平移到达坐标系{B}，当用坐标系{A}来表达P的位置时，可以用PA表示，PA为矢量，由于在平移变换过程中姿态没有改变，则PA可以用矢量相加的方式得到：PA=PB+PA,B。
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业机器人的运动学及动力学研究[J]. 杨飞. 低碳世界. 2019(12)
[2]基于D-H矩阵的六足机器人运动仿真与分析[J]. 李胜铭,朱碧珂,王秉奇,吴振宇. 物联网技术. 2019(12)
[3]基于MATLAB的KUKA焊接机器人轨迹规划与运动学仿真[J]. 朱志伟,李和平. 机床与液压. 2019(21)
[4]双臂机器人动力学建模与伺服系统控制[J]. 刘江文,徐敏. 机械设计与制造. 2019(11)
[5]硬质合金平头铣刀铣削力系数的试验研究[J]. 李忠杰,杨元. 机械制造. 2019(10)
[6]工业机器人工作空间求解及逆运动学唯一解的确定[J]. 刘曰涛,沈宝民,杨林,杨正娇. 组合机床与自动化加工技术. 2019(09)
[7]一种五自由度喷涂机器人运动学与振动分析[J]. 余祥,邹光明,徐历洪,王文圣. 机械设计与制造. 2019(09)
[8]七自由度串联机器人位姿轨迹规划算法与仿真[J]. 陈爱文,黄忠明,黄凤良. 制造业自动化. 2019(03)
[9]伺服电机控制技术的应用与发展[J]. 王高理. 轻工科技. 2019(02)
[10]从新松看工业机器人关键技术[J]. 王金涛. 互联网经济. 2019(Z1)
博士论文
[1]固体火箭发动机壳体内壁绝热层打磨机器人关键问题的研究[D]. 孙一兰.东北大学 2009
硕士论文
[1]基于RBF神经网络的机械手轨迹跟踪控制方法研究[D]. 杜盟盟.河南科技大学 2015
本文编号：2946427
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/2946427.html
