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机器人控制系统建模及运动规划研究

彭圣明  
【摘要】:现代机器人学是电子工程学、机械学、控制理论与控制工程、计算机科学与工程等多门学科的综合应用。各学科领域的发展,和计算机控制的可编程数控机床,以及与机器人相关的控制技术与零部件加工为机器人的发展打下了扎实的基础。当今,关节型机器人是工业领域最常见的工业机器人形态之一。因为它有自由度非常高、动作灵活,能够在大范围内进行抓取物体的动作等特点,受到了众多设计与使用者的关注。本文针对六自由度机器人进行分析研究,主要综合了PUMA560的特点研究了选定机器人的运动学、轨迹规划与工作空间的分析,并进行了各轴的运动控制的测试。本课题为后一步六自由度机器人不规则工具的标定等工作做了铺垫,设计完后的机器人方案既可用于教学与研究,还可以做进一步的研发,本课题具有广泛的意义与应用前景。 本文首先介绍了与机器人控制相关的数学知识,对PUMA560进行了深入的分析与综合,针对机器人物理模型与PUMA560的不同特点进行了运动学的分析,用D-H方法建立了坐标变换矩阵,综合运用反变换法与Pieper相结合的方法推算出了简化后的运动方程的正、逆解;在轨迹规划中提出了求解中间点的方法与子轨迹链接的算法;在关节空间运用了三次样条法进行插值计算;然后借助图解法对工作空间进行了分析并做出了实际工作空间的轴剖图。最后对机器人的手臂做了运动控制的测试,并对结果进行了分析,为后面的进一步改进提供了实验数据与经验。


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