垂直关节型6自由度机器人笛卡尔空间轨迹规划的研究
【摘要】：为满足当今工业产品多品种、小批量、高质量、低成本、交货周期短的市场要求,以在激烈的市场竞争中立于不败之地,许多企业采用了先进的工业机器人技术。在垂直关节型6自由度机器人控制系统中,轨迹规划是其中的一项技术难点,是实现机器人高速高精度运动的关键。本文对示教再现和离线编程两种工作模式下插补技术展开研究。本课题研究项目获得国家863重点项目(项目编号:2009AA043901-3)和广东省粤港招标重点项目(项目编号:20090101-1)资助。
研究内容主要是垂直关节型6自由度机器人轨迹规划,着重研究了笛卡儿空间中的轨迹规划问题,具体包括两大部分:示教再现编程系统环境下的轨迹规划问题、离线编程系统环境下的轨迹规划问题。
为保证算法的连续性,先对所研究的6自由度机器人进行运动学建模,并给出了正、逆解公式。在示教再现编程系统环境下,首先详细介绍了直线插补和圆弧插补两种基本插补算法的机理,然后针对空间多段连续直线插补问题,给出了解决直线与直线之间的过渡处存在的尖角问题的两种方法,并提出了以三次样条曲线代替圆弧曲线进行尖角处过渡的插补算法。离线编程是以后机器人发展的趋势,为了解决了离线编程系统环境下轨迹规划问题,拟采用当今比较流行的NURBS曲线实时插补算法。首先讲述了该曲线的发展过程以及优越的性能特点,然后详细推导了算法过程,并在求解常微分方程时提出了一种近似计算的方法,提高了算法的速度。论文最后,对三次样条曲线过渡的空间连续直线插补进行了实验仿真,仿真结果表明三次样条曲线比圆弧更能够满足轨迹的速度、加速度连续的要求,有效的减少了系统的振动与冲击。对NURBS曲线插补的仿真分别以星型和蝴蝶型两种经典曲线形状为例进行,仿真结果表明插补点均匀,曲线圆滑。
本文所研制的算法在华南理工大学和广州数控设备有限公司联合研制,负载为8公斤的垂直关节型6自由度机器人运行,实验结果显示,机器人运动平稳,无抖动和冲击,因此验证了算法的可行性。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP242
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