本文選題：六自由度機器人 + 正逆運動學(xué)　； 參考：《山東大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：六自由度機器人是一類非常重要的工業(yè)機器人。目前我國工業(yè)機器人尤其是六自由度機器人嚴(yán)重依賴于進口,嚴(yán)重制約了我國制造業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國產(chǎn)六自由度機器人與國外六自由度機器人的差距不僅僅表現(xiàn)在硬件方面(減速機、伺服驅(qū)動器、伺服電機),也在控制和仿真技術(shù)等軟件方面有所體現(xiàn)。研究六自由度機器人控制與仿真技術(shù),具有重要的學(xué)術(shù)價值,而且對提高機器人運動控制的穩(wěn)定性、安全性、準(zhǔn)確性也有重要的現(xiàn)實意義。本文對六自由度機器人控制和仿真技術(shù)進行了研究,主要研究內(nèi)容和取得的成果如下:(1)對六自由度機器人(以KUKA KR 1000 Titan機器人為例)的數(shù)學(xué)理論進行了系統(tǒng)研究,包括六自由度機器人數(shù)學(xué)建模、機器人空間描述和變換、D-H表示法三方面,為后續(xù)對其運動學(xué)、靜力學(xué)、動力學(xué)等內(nèi)容的研究奠定了重要的理論基礎(chǔ)。(2)根據(jù)KUKAKR 1000 Titan機器人的數(shù)學(xué)模型,建立了其D-H坐標(biāo)系以及與之相對應(yīng)的參數(shù)表,并對其正逆運動學(xué)方程進行了研究;提出了六自由度機器人逆運動學(xué)方程計及關(guān)節(jié)配置狀態(tài)的幾何解法。與代數(shù)解法相比,使用幾何解法不僅使得求解過程更加直觀,還可以較大程度上降低逆運動學(xué)方程求解的復(fù)雜度。同時結(jié)合關(guān)節(jié)配置狀態(tài),能夠進一步提高該方法的健壯性。采用MATLAB仿真并驗證了六自由度機器人正逆運動學(xué)方程的正確性。(3)在KUKAKR 1000Titan機器人運動學(xué)研究的基礎(chǔ)上,研究了其靜力學(xué)中的雅可比矩陣和分析了其奇異位形的情況;研究了六自由度機器人的動力學(xué)問題,并在ADAMS軟件中對KUKA KR 1000 Titan機器人進行了動力學(xué)仿真實驗,得到了其末端中心點的軌跡曲線和各關(guān)節(jié)的力與力矩曲線。(4)針對六自由度機器人位置值和姿態(tài)值不同的插補方法,分別研究了對應(yīng)的軌跡生成算法;根據(jù)六自由度機器人不同的應(yīng)用場合,從位置控制策略和力控制策略兩個方面對其控制策略進行了研究。(5)研究了六自由度機器人仿真技術(shù),對WPF中已有的三維模型處理方法進行了改進,使模型處理過程得以簡化;研究開發(fā)了六自由度機器人仿真軟件,并給出了在線運動控制技術(shù)的實施方法。同時,對仿真軟件中重要組成模塊所采用的相關(guān)技術(shù)進行了研究,如模型文件配置與處理、示教、碰撞檢測、自動編程。提出了基于XML語言的機器人模型配置文件結(jié)構(gòu)規(guī)范,并給出了該結(jié)構(gòu)規(guī)范的具體實施方法,實現(xiàn)了對機器人模型的通用性配置,既降低了仿真軟件的復(fù)雜度又提高了其可靠性。
[Abstract]:Six degree of freedom robot is a kind of very important industrial robot. At present, China's industrial robots, especially six-degree-of-freedom robots, rely heavily on imports, which seriously restrict the development of our manufacturing industry and related industries. The difference between domestic and foreign six-degree-of-freedom robots is not only reflected in the hardware (reducer, servo driver, servo motor), but also in the software of control and simulation technology. It is of great academic value to study the control and simulation technology of six-degree-of-freedom robot, and it is also of great practical significance to improve the stability, safety and accuracy of robot motion control. In this paper, the control and simulation technology of six-degree-of-freedom robot is studied. The main contents and achievements are as follows: (1) the mathematical theory of six-degree-of-freedom robot (KUKA KR 1000 Titan robot as an example) is systematically studied. Including six degrees of freedom robot mathematical modeling, robot space description and transformation of D-H representation, for the subsequent kinematics, statics, Based on the mathematical model of KUKAKR 1000 Titan robot, the D-H coordinate system and the corresponding parameter table are established, and the forward and inverse kinematics equations are studied. In this paper, the inverse kinematics equation of a six-DOF robot and the geometric solution of the joint configuration state are presented. Compared with the algebraic method, the geometric method not only makes the solving process more intuitive, but also reduces the complexity of solving inverse kinematics equations to a large extent. At the same time, the robustness of the method can be further improved by combining the joint configuration state. The correctness of forward and inverse kinematics equation of six-degree-of-freedom robot is simulated and verified by MATLAB. Based on the kinematics of KUKAKR 1000Titan robot, the Jacobian matrix in statics and the singular configuration are studied. The dynamics of a six-degree-of-freedom robot is studied, and the dynamic simulation experiment of KUKA KR 1000 Titan robot is carried out in ADAMS software. The trajectory curve of the center point at the end and the force and torque curve of each joint are obtained. (4) aiming at the different interpolation methods of the position and attitude values of the six-degree-of-freedom robot, the corresponding trajectory generation algorithms are studied respectively. According to the different application situations of six-degree-of-freedom robot, the simulation technology of six-degree-of-freedom robot is studied from two aspects: position control strategy and force control strategy. The existing 3D model processing method in WPF is improved to simplify the process of model processing, and the simulation software of six degrees of freedom robot is developed, and the implementation method of on-line motion control technology is given. At the same time, the related technologies used in the important components of simulation software are studied, such as the configuration and processing of model files, teaching, collision detection and automatic programming. The configuration file structure specification of robot model based on XML language is proposed, and the concrete implementation method of the structure specification is given. The universal configuration of robot model is realized, which not only reduces the complexity of simulation software, but also improves its reliability.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：1823395