基于simmechanics的工業(yè)機器人工作空間關鍵技術研究

1、基于基于SimMechanics的工業(yè)機器人工作空間關鍵技術的工業(yè)機器人工作空間關鍵技術研究研究工業(yè)機器人是一種可通過編程完成某些操作或移動作業(yè)的自動化裝備，具有高度柔性和開放性工業(yè)機器人集成現(xiàn)代化制造系統(tǒng)，極大提高了制造業(yè)自動化水平。隨著空間探索及應用的深入，空間機器人將扮演越來越重要的角色。在空間機器人的設計、規(guī)劃及控制過程中，工作空間都是一個需要考慮的重要問題，它是衡量機器人工作能力的一個重要的運動學指標。目前，對于六自由度工業(yè)機

2、器人工作空間的求解方法，主要有解析法、數值法、幾何法和Matlab仿真法。解析法是指，通過代數方法得到精確描述機器人末端位姿的解析方程，有兩種得到解析方程的途徑，一種是根據包絡理論確定工作空間的界限曲面，另一種是通過求解機器人的奇異曲面來確定工作空間的界限曲面。數值法是以極值理論和優(yōu)化方法為基礎的，首先計算機器人工作空間邊界曲面上的特征點，用這些點構成機器人的邊界曲線，用這些邊界曲線構成的面表示機器人的邊界曲面。圖解法是指利用幾何作圖的

3、方式，對機器人的操作機構按工作空間定義來求解，所得到的工作空間往往是工作空間的各類剖截面或剖截線。Maflab仿真法是利用Maflab軟件的機器人工具箱（RoboticToolbox）對機器人進行建模和仿真求解機器人末端的工作空間。Matlab，SimMechanics仿真法使用正弦信號驅動機器人關節(jié)，來求解機器人末端的工作空間。在Maflab軟件中的SimulinkSimMechanics工具箱中，對六自由度串聯(lián)工業(yè)機器人前三個關節(jié)和

4、和角加速度信號來驅動機器人關節(jié)轉動，Scope模塊顯示機器人末端的位置信息，ToWkspace模塊輸出機器人末端的位置信息到工作區(qū)中。角加速度的值設置為ad，保證機器人關節(jié)轉動的角速度不變；角速度根據該關節(jié)在一個包絡過程中轉動的角度來設定一個定值，保證角度等步長改變；角度值設定為關節(jié)轉角范圍內某一個初值。這樣就可以產生等角度步長的點位，仿真時間設定為30秒，解算器選擇固定步長類型的二階常微分方程（改進的歐拉法ode2），該解算器產生的點

5、位誤差較小，時間步長0.01秒，這時，在一次包絡中將會產生3000個點位。工業(yè)機器人基座和前三關節(jié)建模完成后，進行模型運動仿真，機器人模型的運動仿真動畫如圖4所示。根據機器人2D工作空間求解步驟，六條包絡線描述了2D工作空間的外輪廓線和內輪廓線如圖5所示。內外輪廓線之間的范圍構成機器人末端2D工作空間如圖6所示。根據機器人3D工作空間求解步驟，六個包絡面描述了機器人末端3D工作空間的外輪廓面和內輪廓面如圖7所示。機器人末端的3D工作空間