本文選題：機械臂　切入點：運動學　出處：《山東大學》2017年碩士論文

【摘要】：以機械臂為代表的機器人在工業(yè)已經(jīng)取得了長足發(fā)展,滲透入各行各業(yè),并在各行各業(yè)中扮演著重要的角色。本課題基于山東省重點研發(fā)計劃"太極推手機器人關鍵技術研究",以機械臂的研究為項目開發(fā)工作的出發(fā)點,為項目的開發(fā)、設計打下理論基礎,論文內(nèi)容包括以下幾個部分:(1)首先,論文的第一部分首先對機械臂的相關技術的發(fā)展和國內(nèi)外的研究情況進行了概述。然后,論文對機械臂的運動學進行了研究。運動學的研究包括機械臂建模的數(shù)學基礎、關節(jié)坐標系建立、D-H表示法建立運動學方程,以及逆向運動學求解基本問題。根據(jù)項目需求,需要設計仿人機械臂,基于人體生物力學參數(shù)確定機械臂設計的尺寸數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)由D-H表示法構建機械臂的運動學方程并求出正逆運動學的解。然后通過MATLAB對正逆運動學方程解的表達式編程運算,根據(jù)D-H參數(shù)在Robotics Toolbox工具箱建立仿真模型,通過對比編程計算的計算結果和工具箱計算的結果對運動學方程解的表達式進行驗證。(2)其次,研究機械臂的軌跡規(guī)劃方法,研究涉及關節(jié)空間和笛卡爾空間兩個方面。其中關節(jié)空間的軌跡規(guī)劃是對機械臂各關節(jié)運動參數(shù)的規(guī)劃,運用插值函數(shù)規(guī)劃運動參數(shù)保證機械臂在運行時的平滑和穩(wěn)定;笛卡爾空間的軌跡規(guī)劃滿足了機械臂末端在操作空間按期望路徑運行的要求,是對機械臂末端運動參數(shù)的規(guī)劃。本部分,論文闡述了相關插值算法的具體生成方法。(3)對機械臂的力學分析包括兩個方面,一是機械臂處于平衡狀態(tài)時的靜力學研究,二是機械臂處于運動狀態(tài)的動力學研究。靜力學描述的是機械臂末端受力與各關節(jié)受力平衡的狀態(tài),通過雅克比矩陣得到對應的靜力學方程;動力學研究的是機械臂的運動參數(shù)與各關節(jié)受力的關系,目的是得到為使機械臂達到某一期望運行狀態(tài)所需的關節(jié)力矩輸出。本文根據(jù)拉格朗日力學分析方法建立了動力學方程。(4)最后,論文分別對機械臂的軌跡規(guī)劃算法和動力學進行仿真分析。利用Matlab/Simulink對軌跡規(guī)劃方法進行仿真,分析仿真結果比較軌跡規(guī)劃方法的應用效果,驗證了算法的正確性和合理性。將UG下的實體模型導入ADAMS中,建立仿真模型,得到了期望軌跡下對應的各關節(jié)的力矩曲線。
[Abstract]:Robot, represented by robot arm, has made great progress in industry, infiltrating into various industries and playing an important role in various industries.This subject is based on the key R & D project of Shandong Province, "Research on the key Technology of Taiji Push-hand Robot", taking the research of robot arm as the starting point of the project development, laying a theoretical foundation for the development and design of the project.First of all, the first part of the thesis summarizes the development of the manipulator technology and the research situation at home and abroad.Then, the kinematics of the manipulator is studied.The research of kinematics includes the mathematical foundation of manipulator modeling, the establishment of joint coordinate system and the establishment of kinematics equation by D-H representation, and the basic problem of inverse kinematics solving.According to the requirements of the project, the humanoid robot arm is designed. Based on the biomechanical parameters of the human body, the dimension data of the manipulator design are determined. According to the data, the kinematics equation of the manipulator is constructed by D-H representation and the forward and inverse kinematics solution is obtained.Then, by programming the solution of forward and inverse kinematics equation by MATLAB, the simulation model is established in Robotics Toolbox toolbox according to D-H parameter.The expression of kinematics equation solution is verified by comparing the results of programming and toolbox. Secondly, the trajectory planning method of manipulator is studied, which involves two aspects: joint space and Cartesian space.The trajectory planning of the joint space is the planning of the motion parameters of each joint of the manipulator. The interpolation function is used to program the motion parameters to ensure the smooth and stable operation of the manipulator.The trajectory planning of Cartesian space satisfies the requirement that the end of the manipulator runs according to the desired path in the operating space, and it is also the planning of the kinematic parameters of the end of the manipulator.In this part, the specific generation method of the correlation interpolation algorithm is described. The mechanical analysis of the manipulator includes two aspects: one is the statics study of the manipulator in equilibrium, the other is the dynamics study of the manipulator in the moving state.Statics describes the equilibrium between the end force of the manipulator and the stress of each joint, and obtains the corresponding static equation by means of Jacobian matrix, and dynamics studies the relationship between the motion parameters of the manipulator and the force on each joint.The aim is to obtain the joint torque output required for the manipulator to reach a desired operating state.In this paper, the dynamic equation is established according to Lagrange mechanics analysis method. Finally, the trajectory planning algorithm and dynamics of manipulator are simulated and analyzed in this paper.The Matlab/Simulink is used to simulate the trajectory planning method, and the simulation results are compared with the results of the application of the trajectory planning method. The correctness and rationality of the algorithm are verified.The solid model based on UG is introduced into ADAMS, and the simulation model is established, and the torque curves of each joint under the desired trajectory are obtained.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP241

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本文編號：1722381