四自由度工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著工業(yè)4.0的推進(jìn)，越來(lái)越多的工業(yè)機(jī)器人被應(yīng)用到自動(dòng)化生產(chǎn)線上，以代替人工從事重復(fù)、危險(xiǎn)的作業(yè)任務(wù)。本課題以四自由度沖壓上下料工業(yè)機(jī)器人為控制對(duì)象，研究了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制算法及一種基于ARM芯片的低成本、易于使用的高精度嵌入式控制系統(tǒng)。論文的主要內(nèi)容如下:
　　首先，用D-H法構(gòu)建了四自由度工業(yè)機(jī)器人連桿坐標(biāo)系，推導(dǎo)了其正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程;對(duì)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃進(jìn)行了研究，提出了變插值周期的關(guān)節(jié)空間五次多項(xiàng)式插值實(shí)現(xiàn)算法;針對(duì)7段S形加

2、減速約束條件多及規(guī)劃難度大問(wèn)題，提出了5段S形加減速控制方式;針對(duì)笛卡爾空間軌跡的速度控制問(wèn)題，將直線加減速控制應(yīng)用于直線和圓弧插補(bǔ)中，提出了基于位移等效的速度優(yōu)化算法，該算法通過(guò)調(diào)整加速度和減速度的大小來(lái)消除或減小由于插補(bǔ)方程離散化引起的末端軌跡在加減速點(diǎn)處的速度突變。
　　其次，利用Robotics Toolbox工具箱對(duì)四自由度工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了建模，采用MATLABGUI設(shè)計(jì)了四自由度工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真界面，包含對(duì)工作空

3、間的仿真，正反解的驗(yàn)證仿真，示教仿真和軌跡規(guī)劃的仿真。采用STM32F407作為主控芯片進(jìn)行編程任務(wù)，采用MODBUS通訊協(xié)議，設(shè)計(jì)了軟件實(shí)現(xiàn)的總體方案。研究了四自由度工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能模塊及沖壓工藝，使用C語(yǔ)言編寫(xiě)了四自由度工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制程序，包含手動(dòng)示教，回零，自動(dòng)運(yùn)行和聯(lián)機(jī)控制程序，采用由定時(shí)器產(chǎn)生PWM的方式控制伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，將運(yùn)動(dòng)學(xué)算法編寫(xiě)到控制器中，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的點(diǎn)位控制和直線、圓弧插補(bǔ)功能。
　　最后，