機(jī)械臂軌跡規(guī)劃及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、以機(jī)械臂為代表的機(jī)器人在工業(yè)已經(jīng)取得了長(zhǎng)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“太極推手機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究”，以機(jī)械臂的研究為項(xiàng)目開發(fā)工作的出發(fā)點(diǎn)，為項(xiàng)目的開發(fā)、設(shè)計(jì)打下理論基礎(chǔ)，論文內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分:
　　(1)首先，論文的第一部分首先對(duì)機(jī)械臂的相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和國內(nèi)外的研究情況進(jìn)行了概述。然后，論文對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了研究。運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究包括機(jī)械臂建模的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、關(guān)節(jié)坐標(biāo)系建立、

2、D-H表示法建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，以及逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解基本問題。根據(jù)項(xiàng)目需求，需要設(shè)計(jì)仿人機(jī)械臂，基于人體生物力學(xué)參數(shù)確定機(jī)械臂設(shè)計(jì)的尺寸數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)由D-H表示法構(gòu)建機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程并求出正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的解。然后通過MATLAB對(duì)正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程解的表達(dá)式編程運(yùn)算，根據(jù)D-H參數(shù)在Robotics Toolbox工具箱建立仿真模型，通過對(duì)比編程計(jì)算的計(jì)算結(jié)果和工具箱計(jì)算的結(jié)果對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程解的表達(dá)式進(jìn)行驗(yàn)證。
　　(2)其次，研究機(jī)械臂的軌

3、跡規(guī)劃方法，研究涉及關(guān)節(jié)空間和笛卡爾空間兩個(gè)方面。其中關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃是對(duì)機(jī)械臂各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的規(guī)劃，運(yùn)用插值函數(shù)規(guī)劃運(yùn)動(dòng)參數(shù)保證機(jī)械臂在運(yùn)行時(shí)的平滑和穩(wěn)定;笛卡爾空間的軌跡規(guī)劃滿足了機(jī)械臂末端在操作空間按期望路徑運(yùn)行的要求，是對(duì)機(jī)械臂末端運(yùn)動(dòng)參數(shù)的規(guī)劃。本部分，論文闡述了相關(guān)插值算法的具體生成方法。
　　(3)對(duì)機(jī)械臂的力學(xué)分析包括兩個(gè)方面，一是機(jī)械臂處于平衡狀態(tài)時(shí)的靜力學(xué)研究，二是機(jī)械臂處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的動(dòng)力學(xué)研究。靜力學(xué)描述的

4、是機(jī)械臂末端受力與各關(guān)節(jié)受力平衡的狀態(tài)，通過雅克比矩陣得到對(duì)應(yīng)的靜力學(xué)方程;動(dòng)力學(xué)研究的是機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)參數(shù)與各關(guān)節(jié)受力的關(guān)系，目的是得到為使機(jī)械臂達(dá)到某一期望運(yùn)行狀態(tài)所需的關(guān)節(jié)力矩輸出。本文根據(jù)拉格朗日力學(xué)分析方法建立了動(dòng)力學(xué)方程。
　　(4)最后，論文分別對(duì)機(jī)械臂的軌跡規(guī)劃算法和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行仿真分析。利用Matlab/Simulink對(duì)軌跡規(guī)劃方法進(jìn)行仿真，分析仿真結(jié)果比較軌跡規(guī)劃方法的應(yīng)用效果，驗(yàn)證了算法的正確性和合理性。將UG