機械臂軌跡規(guī)劃及動力學研究.pdf

1、以機械臂為代表的機器人在工業(yè)已經取得了長足發(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、

2、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

3、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

4、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