六自由度工業(yè)機器人的建模與仿真研究.pdf

1、為了充分發(fā)揮機器人在機械柔性制造單元中的作用，本文基于機器人的基礎(chǔ)理論對工業(yè)機器人進行了建模和仿真研究。以工業(yè)中應用最廣的KUKA六自由度工業(yè)機器人為研究對象，對機器人的基礎(chǔ)理論做了研究，并且結(jié)合機床模型開發(fā)了基于柔性制造單元的仿真系統(tǒng)。
　　本文對以下幾個方面進行了研究:
　　(1)本文根據(jù)齊次坐標變換理論，分析了機器人結(jié)構(gòu)及參數(shù)，建立了相應的D-H參數(shù)模型，求解得到了正運動學模型和逆運動學的解析解，并且借助于三維建模軟件

2、的方法驗證了正運動學模型和逆運動學解析解的正確性。
　　(2)在機器人運動學模型的基礎(chǔ)上，對機器人進行了軌跡規(guī)劃研究，分別分析了機器人的關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃和笛卡爾軌跡規(guī)劃，并求解得到了機器人關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃模型和笛卡爾軌跡規(guī)劃模型，此外還對比分析了兩種軌跡規(guī)劃的特點。為了直觀地分析機器人軌跡規(guī)劃的正確性和效果，對得到的機器人關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃模型和笛卡爾軌跡規(guī)劃模型進行了仿真，由仿真結(jié)果可定性的驗證軌跡規(guī)劃模型的正確性。此外，可以得到

3、由關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃的運動學曲線，包括角度、速度和加速度曲線。由仿真結(jié)果可以得出，將三次樣條插值函數(shù)法用于工業(yè)機器人的軌跡規(guī)劃中，有利于避免機器人在運行過程中產(chǎn)生振動，從而保證機器人在整個運行工作中的穩(wěn)定性，保證機器人到達預定位置。
　　(3)為了使機器人在工作過程中具有較好的動態(tài)性能，在機器人運動學模型和軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)上進一步研究了機器人的動力學特性。將離心力和哥氏力的作用考慮了進去，從而能夠確保結(jié)果的準確性。根據(jù)牛頓—歐拉動力學

4、遞推算法，并結(jié)合機器人的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，能得到機器人的動力學模型。利用MATLAB軟件進行了動力學仿真分析，得到動力學曲線，不僅可以作為優(yōu)化控制的依據(jù)，而且可以為優(yōu)化機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。
　　(4)最后基于MATLAB將VRML模型通過GUI界面與MATLAB仿真程序建立聯(lián)系，構(gòu)建了機器人的實時三維可交互仿真平臺。該平臺由機器人控制面板和三維可視化窗口組成，通過控制面板可實現(xiàn)與機器人的實時交互仿真，三維可視化窗口則可實時顯示機器人