六自由度工业机器人的建模与轨迹规划技术研究
发布时间：2021-02-19 04:00
随着工厂自动化的不断发展和工业机器人技术的普及,工业机器人因其具有高效率、高质量完成重复性工作的特点,广泛应用于汽车制造、搬运码垛、喷涂焊接等行业。对于焊接行业而言,焊接机器人因可以实现较高的焊接工艺要求而得到广泛应用。本文以SA1400型焊接机器人为研究对象,对六自由度工业机器人的运动学、轨迹规划和动力学进行分析研究。论文主要研究内容如下:（1）对六自由度工业机器人的运动学理论进行研究,对三维空间中刚体的位置和姿态进行了描述,并建立相应的齐次变换矩阵表示空间中的平移和旋转变换。根据D-H表示法,得到相邻连杆间齐次变换矩阵。通过齐次变换矩阵对工业机器人各个连杆之间的空间位姿关系进行数学描述。（2）对六自由度工业机器人的运动学模型进行研究。根据机器人D-H参数表,建立连杆坐标系之间的齐次变换矩阵,推导出六自由度工业机器人的正运动学模型。在正运动学模型的基础上,运用解析法推导出8组不同的运动学逆解。在Matlab中的Robotics Toolbox机器人工具箱中编程建立工业机器人的可视模型,运用工具箱中已有的正运动学函数fkine和逆运动学函数ikine验证本文所推导的正逆运动学模型的正确...
【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 运动学研究现状
1.2.2 轨迹规划研究现状
1.2.3 动力学研究现状
1.3 课题主要研究内容
第2章 六自由度工业机器人运动学理论
2.1 机械臂空间位姿描述
2.1.1 位置描述
2.1.2 姿态描述
2.1.3 位姿描述
2.2 齐次坐标变换
2.2.1 平移齐次坐标变换
2.2.2 旋转齐次坐标变换
2.2.3 通用齐次坐标变换
2.3 机器人D-H表示法以及连杆坐标系的建立
2.3.1 D-H表示法
2.3.2 连杆坐标系的建立
2.4 本章小结
第3章 六自由度工业机器人运动学模型求解与验证
3.1 六自由度机械臂正运动学建模
3.2 六自由度机械臂逆运动学的研究
3.2.1 六自由度机械臂运动学逆解的可解性
3.2.2 六自由度机械臂逆运动学推导
3.3 六自由度机械臂运动学的仿真验证
3.3.1 六自由度机械臂正运动学仿真验证
3.3.2 六自由度机械臂逆运动学仿真验证
3.4 六自由度机械臂运动空间的仿真分析
3.5 本章小结
第4章 六自由度工业机器人轨迹规划的研究
4.1 运动规划概述
4.2 关节空间轨迹规划
4.2.1 三次多项式插值
4.2.2 过路径点的三次多项式插值
4.2.3 五次多项式插值
4.2.4 三次和五次多项式插值效果对比
4.3 笛卡尔空间轨迹规划
4.3.1 空间直线插补算法
4.3.2 空间圆弧插补算法
4.4 本章小结
第5章 六自由度工业机器人力学分析与动力学仿真
5.1 六自由度机械臂静力学分析
5.1.1 雅可比矩阵的建立
5.1.2 六自由度机械臂静力学分析
5.1.3 雅克比矩阵的计算
5.2 六自由度机械臂动力学分析
5.2.1 六自由度机械臂动力学概述
5.2.2 拉格朗日力学
5.2.3 六自由度机械臂系统的动能和势能
5.2.4 六自由度机械臂动力学方程
5.3 六自由度机械臂动力学仿真分析
5.3.1 建模仿真环境
5.3.2 动力学仿真模型
5.3.3 动力学仿真分析
5.4 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果及参与科研
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于人工神经网络的机械臂运动学分析[J]. 骆俊,谌海云. 信息与电脑(理论版). 2018(03)
[2]基于粒子群算法的拆装机器人逆解研究[J]. 贺倩倩,来跃深,刘梦军,常宏. 组合机床与自动化加工技术. 2017(11)
[3]冲压机械手机身的静力学及模态分析[J]. 虞鹏,鲁健武,杨超君,张清林. 机械设计与制造工程. 2017(10)
[4]基于笛卡尔空间的PR1400焊接机器人关节轨迹规划研究[J]. 李精伟,童一飞,谭清锰,吴绍锋,李东波. 机械设计与制造工程. 2017(05)
[5]三维空间机械臂的动力学建模与仿真分析[J]. 吴良凯,王涛,王春丽,王洲,夏国辉. 机械工程师. 2017(01)
[6]机器人机械臂动力学仿真研究[J]. 宛云龙,许红霞. 计算机仿真. 2016(12)
[7]基于空间六自由度机械臂的逆运动学数值解法[J]. 张栩曼,张中哲,王燕波,杨涛,邓涛. 导弹与航天运载技术. 2016(03)
[8]基于遗传算法的机械手时间能耗最优平滑轨迹规划[J]. 游玮,孔民秀,肖永强. 机器人技术与应用. 2015(05)
[9]Cyton Gamma 300机械臂运动学分析[J]. 苏英,林都,鲜浩,刘金浩. 制造业自动化. 2015(10)
[10]一种新型欠驱动机械手设计[J]. 宾朋,蒋刚,程乾. 机械传动. 2015(03)
博士论文
[1]六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制研究[D]. 刘松国.浙江大学 2009
硕士论文
[1]六自由度串联机器人空间轨迹生成方法的研究[D]. 黄家俊.安徽工程大学 2017
[2]机械臂轨迹规划及动力学研究[D]. 王文坛.山东大学 2017
[3]六自由度机械臂的逆运动学求解与轨迹规划研究[D]. 徐扣.广东工业大学 2016
[4]工业用六轴机械臂的建模与仿真[D]. 卢锐.中北大学 2015
[5]工业机器人直接电驱动技术研究[D]. 贾帅.中北大学 2015
[6]六自由度工业机器人轨迹规划研究及仿真[D]. 张舒曼.杭州电子科技大学 2015
[7]四自由度关节机械臂运动仿真研究[D]. 周霏.南京航空航天大学 2015
[8]六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真[D]. 马江.北京工业大学 2009
本文编号：3040568
【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 运动学研究现状
1.2.2 轨迹规划研究现状
1.2.3 动力学研究现状
1.3 课题主要研究内容
第2章 六自由度工业机器人运动学理论
2.1 机械臂空间位姿描述
2.1.1 位置描述
2.1.2 姿态描述
2.1.3 位姿描述
2.2 齐次坐标变换
2.2.1 平移齐次坐标变换
2.2.2 旋转齐次坐标变换
2.2.3 通用齐次坐标变换
2.3 机器人D-H表示法以及连杆坐标系的建立
2.3.1 D-H表示法
2.3.2 连杆坐标系的建立
2.4 本章小结
第3章 六自由度工业机器人运动学模型求解与验证
3.1 六自由度机械臂正运动学建模
3.2 六自由度机械臂逆运动学的研究
3.2.1 六自由度机械臂运动学逆解的可解性
3.2.2 六自由度机械臂逆运动学推导
3.3 六自由度机械臂运动学的仿真验证
3.3.1 六自由度机械臂正运动学仿真验证
3.3.2 六自由度机械臂逆运动学仿真验证
3.4 六自由度机械臂运动空间的仿真分析
3.5 本章小结
第4章 六自由度工业机器人轨迹规划的研究
4.1 运动规划概述
4.2 关节空间轨迹规划
4.2.1 三次多项式插值
4.2.2 过路径点的三次多项式插值
4.2.3 五次多项式插值
4.2.4 三次和五次多项式插值效果对比
4.3 笛卡尔空间轨迹规划
4.3.1 空间直线插补算法
4.3.2 空间圆弧插补算法
4.4 本章小结
第5章 六自由度工业机器人力学分析与动力学仿真
5.1 六自由度机械臂静力学分析
5.1.1 雅可比矩阵的建立
5.1.2 六自由度机械臂静力学分析
5.1.3 雅克比矩阵的计算
5.2 六自由度机械臂动力学分析
5.2.1 六自由度机械臂动力学概述
5.2.2 拉格朗日力学
5.2.3 六自由度机械臂系统的动能和势能
5.2.4 六自由度机械臂动力学方程
5.3 六自由度机械臂动力学仿真分析
5.3.1 建模仿真环境
5.3.2 动力学仿真模型
5.3.3 动力学仿真分析
5.4 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果及参与科研
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于人工神经网络的机械臂运动学分析[J]. 骆俊,谌海云. 信息与电脑(理论版). 2018(03)
[2]基于粒子群算法的拆装机器人逆解研究[J]. 贺倩倩,来跃深,刘梦军,常宏. 组合机床与自动化加工技术. 2017(11)
[3]冲压机械手机身的静力学及模态分析[J]. 虞鹏,鲁健武,杨超君,张清林. 机械设计与制造工程. 2017(10)
[4]基于笛卡尔空间的PR1400焊接机器人关节轨迹规划研究[J]. 李精伟,童一飞,谭清锰,吴绍锋,李东波. 机械设计与制造工程. 2017(05)
[5]三维空间机械臂的动力学建模与仿真分析[J]. 吴良凯,王涛,王春丽,王洲,夏国辉. 机械工程师. 2017(01)
[6]机器人机械臂动力学仿真研究[J]. 宛云龙,许红霞. 计算机仿真. 2016(12)
[7]基于空间六自由度机械臂的逆运动学数值解法[J]. 张栩曼,张中哲,王燕波,杨涛,邓涛. 导弹与航天运载技术. 2016(03)
[8]基于遗传算法的机械手时间能耗最优平滑轨迹规划[J]. 游玮,孔民秀,肖永强. 机器人技术与应用. 2015(05)
[9]Cyton Gamma 300机械臂运动学分析[J]. 苏英,林都,鲜浩,刘金浩. 制造业自动化. 2015(10)
[10]一种新型欠驱动机械手设计[J]. 宾朋,蒋刚,程乾. 机械传动. 2015(03)
博士论文
[1]六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制研究[D]. 刘松国.浙江大学 2009
硕士论文
[1]六自由度串联机器人空间轨迹生成方法的研究[D]. 黄家俊.安徽工程大学 2017
[2]机械臂轨迹规划及动力学研究[D]. 王文坛.山东大学 2017
[3]六自由度机械臂的逆运动学求解与轨迹规划研究[D]. 徐扣.广东工业大学 2016
[4]工业用六轴机械臂的建模与仿真[D]. 卢锐.中北大学 2015
[5]工业机器人直接电驱动技术研究[D]. 贾帅.中北大学 2015
[6]六自由度工业机器人轨迹规划研究及仿真[D]. 张舒曼.杭州电子科技大学 2015
[7]四自由度关节机械臂运动仿真研究[D]. 周霏.南京航空航天大学 2015
[8]六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真[D]. 马江.北京工业大学 2009
本文编号：3040568
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