四自由度工業(yè)機器人運動學分析及控制系統研究.pdf

1、隨著工業(yè)4.0的推進，越來越多的工業(yè)機器人被應用到自動化生產線上，以代替人工從事重復、危險的作業(yè)任務。本課題以四自由度沖壓上下料工業(yè)機器人為控制對象，研究了機器人的運動控制算法及一種基于ARM芯片的低成本、易于使用的高精度嵌入式控制系統。論文的主要內容如下:
　　首先，用D-H法構建了四自由度工業(yè)機器人連桿坐標系，推導了其正逆運動學方程;對機器人的軌跡規(guī)劃進行了研究，提出了變插值周期的關節(jié)空間五次多項式插值實現算法;針對7段S形加

2、減速約束條件多及規(guī)劃難度大問題，提出了5段S形加減速控制方式;針對笛卡爾空間軌跡的速度控制問題，將直線加減速控制應用于直線和圓弧插補中，提出了基于位移等效的速度優(yōu)化算法，該算法通過調整加速度和減速度的大小來消除或減小由于插補方程離散化引起的末端軌跡在加減速點處的速度突變。
　　其次，利用Robotics Toolbox工具箱對四自由度工業(yè)機器人進行了建模，采用MATLABGUI設計了四自由度工業(yè)機器人的運動學仿真界面，包含對工作空

3、間的仿真，正反解的驗證仿真，示教仿真和軌跡規(guī)劃的仿真。采用STM32F407作為主控芯片進行編程任務，采用MODBUS通訊協議，設計了軟件實現的總體方案。研究了四自由度工業(yè)機器人控制系統的功能模塊及沖壓工藝，使用C語言編寫了四自由度工業(yè)機器人的運動控制程序，包含手動示教，回零，自動運行和聯機控制程序，采用由定時器產生PWM的方式控制伺服電機的運動，將運動學算法編寫到控制器中，實現了機器人的點位控制和直線、圓弧插補功能。
　　最后，