四自由度教學型機器人運動軌跡控制技術(shù)研究.pdf

1、機器人技術(shù)作為高科技的一個重要研究領(lǐng)域，普遍受到各國政府的重視，已經(jīng)成為制造業(yè)中不可缺少的重要裝備和手段，同時也成為衡量一個國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標志。隨著機器人技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，各大中院校陸續(xù)開展了機器人課程的教學，因此迫切需要對教學機器人的進行研究與開發(fā)。本文針對四自由度教學型機器人機械本體，搭建了開放式運動控制系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)了機器人繪圖、寫字等功能。
　　 本文首先介紹了機器人機械組成、結(jié)構(gòu)型式、驅(qū)動方式及

2、傳動機構(gòu)，并重點介紹了機器人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。針對四自由度教學型機器人要實現(xiàn)的功能，對執(zhí)筆端機械結(jié)構(gòu)進行了一些改進，解決了其在圖形繪制和寫字過程中出現(xiàn)的脫離紙面和劃破紙張的問題。機器人工作空間是從幾何方面討論機器人的工作性能，工作空間的大小、奇異位形和靈活性分別反映了機器人位姿輸出空間運動學性能的不同側(cè)面。本文對機器人工作空間進行了分析，得到機器人靈活工作空間大小，并討論了各連桿長度對它們的影響。
　　 機器人運動學分析是實現(xiàn)機器人運

3、動控制的基礎(chǔ)，本文運用D-H方法建立機器人模型的連桿坐標系，對四自由度教學機器人的運動學進行分析，求解出運動學逆解。并在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下，建立了四自由度教學型機器人運動學仿真模型，給定空間平面內(nèi)一個橢圓軌跡，采用適當插補算法進行軌跡運動控制，仿真實驗結(jié)果表明機器人運動學逆解的正確性。通過仿真模型中各關(guān)節(jié)傳感器可方便得到各關(guān)節(jié)運動情況。通過修改運動學逆解子模塊中桿長參數(shù)進行仿真分析可以得到桿長對關(guān)節(jié)運動的影響情況。

4、
　　 采用開放式兩級遞階控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，搭建了四自由度教學型機器人的運動控制系統(tǒng)平臺。應(yīng)用研華PCI1240四軸運動控制卡對各關(guān)節(jié)進行直接驅(qū)動控制，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，快速性和精確性。利用單片機作為下位機進行機器人位姿反饋，并采用串口通信方式實現(xiàn)與上位PC的通信功能。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了四自由度教學型機器人上位機控制系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)機器人繪圖、寫字、G代碼執(zhí)行、位姿反饋等功能。編寫下位機的位姿反饋程序，實現(xiàn)與上位機實時通信功能，