机械5

冗余自由度机器人运动分析与仿真 摘要 关节型机器人以工资范围大、动作灵活、结构紧凑、能够抓取靠近基座的物体等特点而受到使用者和设计者的关注。本文针对七自由度关节型机器人手进行研究分析，主要研究机器人的总体设计方案、对该机器人的运动学分析、空间分析和轨迹规划，运动学仿真。为了满足机器人操作内容的要求，本文进行了相关技术的说明。 首先针对机器人设计的要求提出多个方案，对其进行分析比较后，选择其中最优的方案用AutoCAD软件进行机器人机构模型设计，然后，进行运动学分析，用D-H方法建立坐标变化矩阵，推算运动方程的正、逆解，运用VC++制作正、逆运动学求解的求解界面；并用微分变换法推导了速度雅克比矩阵；在基于机器人运动学的轨迹规划在，通过操作空间的规划，提出了归一化因子来求解中间结点，它使中间结点的求解变的简单，对规划中出现的实时性和精确性的矛盾，可以用误差极限法和反向插值法来求解。最后，用MATLAB软件进行机器人手臂运动仿真，对其结果进行分析，并在机械设计中使用虚拟样机技术做了尝试，积累经验。 关键词：机器人运动学分析轨迹规划MATLAB仿真 目录 摘要I Abstract II 第1章绪论- 1 - 1.1引言- 1 - 1.2机器人研究的背景和意义- 1 - 1.3工业机器人在国外的发展概况- 2 - 1.4工业机器人在国内的发展概况- 2 - 1.5工业机器人运动学研究现状- 3 - 1.6本文研究的主要内容和工作- 3 - 第2章冗余度机器人基础知识- 5 - 2.1冗余度机器人的概念- 5 - 2.2冗余度机器人举例- 5 - 2.3冗余度机器人的基础知识- 8 - 2.3.1矢量空间- 8 - 2.3.2冗余度、冗余空间和奇异状态- 8 - 2.3.3冗余度机器人的逆运动学- 9 - 2.4冗余度机器人的构型设计- 11 - 2.4.1概述- 11 - 2.4.2冗余自由度机器人构型设计- 11 - 2.4.3冗余自由度机器人机构的杆参数设计- 12 - 2.5雅可比矩阵在机器人中的应用- 13 - 第3章多自由度冗余机械手臂控制分析- 17 - 3.1冗余度机械臂概述- 17 - 3.2避障控制分析- 18 - 3.2.1避障的方法- 18 - 3.2.2避障算法- 18 - 3.2.2.1障碍物与机械手之间的距离- 18 - 3.2.2.2避障算法- 19 - 3.3控制方案- 20 - 3.3.1扩展动态分配方案方程- 21 - 3.4举例说明- 27 - 第4章七自由度冗余机械手运动学可达空间分析- 30 - 4.1基本原理和方法- 30 - 4.2工作空间图形求解- 30 - 4.2.1坐标系确定- 30 - 4.2.2参数确定- 31 - 4.2.3初始位置各节点相对0坐标系坐标- 32 - 4.2.4平面七自由度机械手臂运动空间仿真程序- 34 - 第五章总结与展望- 39 - 5.1总结- 39 - 5.2展望- 40 - 致谢- 41 - 参考文献- 42 -