4R关节型机械手运动轨迹规划及控制方式研究

发布时间：2017-05-26 06:06

  本文关键词：4R关节型机械手运动轨迹规划及控制方式研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：关节型机械手具有高度的灵活性和通用性,是工业机器人发展的重要分支。随着机械手的应用日益广泛,对其控制精度的要求也越来越高,对机械手的运动轨迹规划及控制方式的研究就显得非常重要。本文以曲轴加工机床上下料机械手为基础,对机械手进行机构运动学及末端手爪位姿误差进行分析,并根据机械手作业空间对其运动轨迹进行规划,最后运用SIMATIC T-CPU运动控制器对机械手进行控制,使得关节型机械手能够精确地完成上下料任务。首先,依据机械手在生产线的作业布局要求,选定上下料机械手的机构形式为开链式4自由度关节型,并确定该机械手的连杆参数,绘制机构简图。运用D-H法建立机械手的运动学模型求解其正解方程及逆解表达式。在运动学分析的基础上运用矩阵微分法建立了上下料机械手末端手爪的位姿误差模型,对连杆长度误差与角度误差对末端手爪位姿误差的影响度做出比较,分析表明角度误差对末端手爪位姿误差的影响较大。根据机械手的作业任务,在关节空间中对其运动轨迹进行规划,选取其运行轨迹点的坐标,根据运动学逆解表达式求出对应各关节角度,采用三次多项式插值法运用Matlab软件求出其轨迹方程。最后,运用SIMATIC 315T-2DP CPU作为机械手关节轴的运动控制器,以IM174作为通讯模块连接控制器与伺服驱动系统,通过硬件组态、各关节轴的工艺组态及基于Step7和Technology软件包编制控制程序,实现了机械手沿运动轨迹作插补运动。本课题所研究的机械手与实际生产联系密切,为四自由度关节型机械手的生产制造提供了参考数据,并提供了一种模块化的控制方式,具有一定的参考价值。
【关键词】：4R机械手 运动学 位姿误差 轨迹规划 运动控制
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.2 国内外机械手的发展9-11
• 1.2.1 国外机械手发展现状9-10
• 1.2.2 国内机械手发展现状10-11
• 1.3 课题来源及研究意义11-12
• 1.4 本文主要研究内容12-14
• 第2章 4R关节型机械手运动学分析14-24
• 2.1 机械手刚体位姿的数学描述14-16
• 2.1.1 位置矢量14-15
• 2.1.2 姿态描述15
• 2.1.3 机械手的齐次变换15-16
• 2.2 Denavit和Hartenberg（D-H）表示法16-18
• 2.3 4R机械手运动学分析18-23
• 2.3.1 4R机械手运动学正解18-20
• 2.3.2 4R机械手运动学反解20-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 4R机械手的位姿误差分析24-33
• 3.1 机械手位姿误差的产生24
• 3.2 4R机械手位姿误差建模24-27
• 3.3 机械手末端静态误差分析27-29
• 3.4 机械手位姿误差影响因素分析29-32
• 3.4.1 连杆长度误差对位姿误差的影响29-31
• 3.4.2 连杆角度误差对位姿误差的影响31-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第4章 4R上下料机械手运动轨迹规划33-47
• 4.1 轨迹规划的基本原理33-35
• 4.2 轨迹规划的方式35
• 4.3 关节轨迹的插值计算方法35-38
• 4.3.1 三次多项式插值36-37
• 4.3.2 高阶多项式插值37-38
• 4.4 机械手上下料的运动轨迹规划38-46
• 4.4.1 上下料工作路径描述38-40
• 4.4.2 机械手的运动轨迹规划40-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 4R机械手的运动控制47-60
• 5.1 控制系统设计方案47-49
• 5.1.1 控制方案的选择47-48
• 5.1.2 SIMATIC 315T-2DP CPU48-49
• 5.1.3 IM174接口模块49
• 5.2 运动控制程序设计49-59
• 5.2.1 控制系统运行环境的建立49-50
• 5.2.2 硬件组态50-52
• 5.2.3 工艺组态52-55
• 5.2.4 运动控制程序设计55-59
• 5.3 本章小结59-60
• 第6章 结论与展望60-62
• 6.1 结论60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-65
• 在学研究成果65-66
• 致谢66

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