牛欢[1]2017年在《PUMA560关节型机器人动力学分析及控制方法的研究》文中指出作为工业自动化系统不可或缺的一部分,关节型机器人伴随着人工智能技术、虚拟样机技术和联合仿真技术的发展迅速崛起,尤其是协调控制技术的发展使得机器人轨迹跟踪控制向着更高精度、更高效率的方向推进,并且使整个机器人系统具有高拟人性、高通用性、高扩展性等特点。本文针对PUMA560关节型机器人,进行了运动学与动力学联合仿真分析,并以二自由度关节型机器人为研究对象设计了基于现代控制和智能控制的轨迹跟踪系统,依据单一控制仿真结果,设计协调控制策略,实现机器人的协调混合控制。首先建立PUMA560关节型机器人的D-H模型,运用解析法进行运动学正、逆问题的分析与求解,在MATLAB中使用Robotics Toolbox进行运动学仿真并进行轨迹规划,导出并保存机器人的角位移曲线。其次在ADAMS/View中搭建机器人的叁维模型,导入保存的角位移曲线,添加运动约束与驱动,进行运动学与动力学的联合仿真;运用拉格朗日法推导机器人动力学方程,并依据动力学仿真结果将机器人简化为二自由度,添加输入/输出状态变量,借助ADAMS/Control模块实现ADAMS与MATLAB的双向通讯。基于以上仿真分析研究,本文设计并实现了基于指数趋近律的线性滑模、模糊滑模算法的现代控制系统以及基于端口受控耗散哈密顿(PCHD)算法的智能控制系统,对控制系统进行了详尽的稳定性分析,并在MATLAB/Simulink中搭建以上控制系统进行联合仿真控制实验。最后通过分析仿真结果以及算法间的互补性,设计了基于指数函数的协调控制策略,将线性滑模控制与PCHD控制进行协调,搭建机器人轨迹跟踪协调控制系统并进行联合仿真验证。仿真结果表明协调控制策略有效的结合了两种算法的优点,控制系统的动态性能与稳态性能优良,满足设计的需求。
陈勇明[2]2017年在《五自由度工业机器人运动学分析与仿真》文中研究指明工业机器人技术的发展变的越来越快,其应用领域也越来越广泛。因此对于工业机器人的研究将变的越来越重要。而现如今推进工业机器人研究发展的重要手段就是机器人仿真技术。本文以一种五自由度工业机器人为研究对象,对其进行运动学理论分析及仿真研究,并对其进行了轨迹规划仿真研究。首先阐述了机器人运动学的数理基础。介绍了机器人的位姿描述,齐次变换及运算,以及机器人运动学的D-H表示法,为后期建立工业机器人运动学方程以及构建机器人连杆坐标系奠定基础。其次根据本次研究的五自由度工业机器人的结构尺寸,运用D-H表示法建立机器人连杆坐标系。然后利用齐次变换法构建了五自由度机器人的运动学数学方程。对该机器人的正向运动学方程和逆向运动学方程进行求解。再次根据D-H表示法建立的连杆坐标系。利用MATLAB软件平台的Robotics Toolbox机器人工具箱对工业机器人进行模型的构建。在该模型的基础上进行了运动学正逆解的仿真计算。然后对工业机器人进行轨迹规划与仿真。本文主要是对关节空间的轨迹规划方法进行了研究。利用MATLAB对机器人进行特定两点之间的仿真,使其以特定的轨迹完成运动。在轨迹规划仿真过程中,得到其运动过程中相关参数的曲线数据,为实体机器人的设计提供了参考数据。最后对ADAMS仿真软件进行了简单介绍。由于ADAMS软件很难建立复杂的实体叁维模型,利用Solidworks平台来建立工业机器人的模型并对模型进行了一定的简化并将模型以Parasolid格式输出。把此文件导入到ADAMS平台,在ADAMS/View模块中,设置工作环境,修改实体模型,创建运动约束,完成虚拟样机的构建。对该虚拟样机进行运动学仿真分析,得到机器人末端位移随时间的变化曲线,以及各个关节角的位移,速度,加速度随时间的变化曲线。通过所得到的相关参数的曲线数据,对机器人运动情况得到深入了解。同时得到机器人末端分别在X轴,Y轴,Z轴上的位移随时间的变化曲线。将上述曲线与各个关节角位移的变化曲线合并到一个图表上。由此可得到仿真过程中任一时刻关节角与末端位姿的变化关系,从而完成了对运动学方程解的验证。
程汀[3]2008年在《SCARA机器人的设计及运动、动力学的研究》文中研究说明平面关节型机器人,即SCARA(Selectively Compliance Assembly Robot Arm)型,是具有四个自由度的工业机器人,由于其水平运动方向上柔性好,而垂直运动方向刚度高,被广泛应用于装配作业。本文根据SCARA机器人的应用特点,首先采用模块化设计理念完成它的本体设计,其中某些模块设计方法可被其它型机器人借鉴。其次,根据D-H法对所设计的SCARA机器人进行运动系统建模,通过变换方程实现运动学正解,同时结合代数法和几何法实现运动学反解。同时,根据机器人轨迹规划技术,讨论本SCARA机器人的关节空间轨迹规划算法和笛卡儿空间的直线轨迹插补方法。再次,设计、选择、搭建机器人的运动控制系统,并进行初步测试;此外,根据现有机器人动力学分析方法,选择Lagrange法建立本设计机器人的完整动力学显式方程,基于能量以最简单的形式分析复杂的系统动力学。最后,根据上述分析,使用Matlab编程实现本SCARA机器人运动学、动力学及五次多项式插值的轨迹规划方面的一系列叁维仿真,证实系统的实用性和可开发性。
关勇[4]2004年在《基于Matlab的机器人运动学系统的研究与仿真》文中提出在工业机器人的研究和设计过程中，运动学系统的关键技术，如运动学方程的正解、运动学方程的反解、运动轨迹规划中的空间插值算法，在国内外一直处于研讨之中。本文对工业机器人的运动控制系统关键技术作了较深入的分析与研究，提出新的算法来提高运动控制的性能，并通过软件实现对工业机器人运动学系统的叁维图形仿真。 本文在机器人学的理论基础上，将机器人模型建立在D-H坐标系下，根据变换方程推导出一组简单实用的方程来实现运动学方程的正解。提出迭代法来实现运动学方程的反解，提高了计算的速度，而且可以达到要求的计算精度。 在机器人运动空间的插值算法和计算机辅助几何设计理论的基础上，分析了两种直接插值算法：B样条和NURBS曲线插值算法，提出一种叁次B样条插值算法来实现工业机器人运动路径规划，提高了插值的精度和计算速度。 本文利用运动学方程的求解与空间插值算法，使用Matlab编程实现对工业机器人的叁维图形仿真，提高了系统的易开发性和实用性。
杜金霞[5]2008年在《仿人臂通用机器人的研究》文中进行了进一步梳理本文主要是在分析人体手臂特征的基础上,建立了仿人臂通用机器人的模型并对其进行运动学研究。目前的仿人臂机器人,一般都有七个自由度,因为七自由度的人体上肢较为灵活,但在实际设计和制造仿人臂通用机器人时,每增加一个自由度都会使机构的复杂度和成本成倍地增加,为了使所设计的仿人臂通用机器人最大限度简化机构、降低成本,使其得到普及和推广,本文在满足人臂基本功能的前提下对这七个自由度进行必要的取舍,获得五自由度的仿人臂通用机器人模型,并进一步对这个五自由度的仿人臂通用机器人模型进行运动学分析及仿真。本文的主要研究内容及成果包括以下几个方面:1.突破了以前研究者针对某种特定运动对机器人进行建模的思想,本文根据人体手臂的基本功能建立了适用于绝大多数非指定性运动的五自由度仿人臂通用机器人模型;2.在机器人学的理论基础上,将机器人模型建立在D-H坐标系下,根据变换方程推导出一组简单实用的方程来实现运动学方程的正解;3.由于运动方程的反解是工业机器人运动学系统的一个难点与热点,本文用较大的篇幅推求了一组迭代公式来实现运动方程的反解,并用Matlab验证方法的准确性;4.利用Matlab对五自由度的仿人臂通用机器人模型进行运动学分析及仿真,经过观察和分析可知所设计机器人能够模拟人体手臂的运动,说明该模型设计合理,达到了预期目的。
徐有胜[6]2017年在《一种六自由度串联机器人的运动学与动力学仿真分析》文中进行了进一步梳理工业4.0的浪潮带来了工业机器人的飞速发展,现如今,工业机器人已经被广泛应用于制造业等行业,它们已成为了先进科技力量的标志。传统的人工生产线越来越多地被自动化生产线代替。工业机器人的飞速发展,促进了对其运动学、动力学、轨迹规划和运动仿真分析等方法的多样化。本文以自主开发设计的一款六自由度串联机器人作为研究对象,使用连杆参数法创建机器人坐标系统,根据齐次变换矩阵求解机器人运动学正问题,并采用反变换方法用解欧拉角求运动学逆解,求解结果验证了机器人运动学理论的正确性;研究了机器人的动力学分析方法,以牛顿方程和欧拉方程为出发点,分析了机器人构件的速度和加速度以及牛顿-欧拉动力学递推计算公式;应用拉格朗日方程描述了机器人系统的动力学方程,对动力学的算法进行优化并验证了算法优化的可行性,在Matlab进行动力学仿真,通过对机器人正、逆动力学仿真,仿真结果得出关节力、力矩与关节速度、加速度等变量的相互关系,以及机器人在有无重力的情况下的力矩变化,对机器人的运动控制提供巨大帮助;应用Matlab强大的建模仿真和GUI编程功能,在Robotics Toolbox工具箱中建立机器人数学模型,根据机器人运动学基础的知识,实现了机器人正运动学和逆运动学的求解仿真,并根据机器人各个关节的角位移、速度和加速度等参数变化曲线,验证了机器人运动学的正确性和机器人建模的可行性;此外还研究了基于关节空间规划和笛卡尔空间规划对机器人运动轨迹规划等问题,实现了对机器人运动路径的实时规划。最后,在Solidworks创建六自由度串联机器人叁维模型,通过插件建立与Matlab连接,在SimMechanics中生成仿真模型。根据机器人运动学,对机器人规划一条直线的运动轨迹,并把各个关节的角位移信号输入到SimMechanics仿真模型中,得到可视化仿真模型界面,验证仿真所得到的机器人运动轨迹与期望轨迹一致,达到了预期的要求。通过在SimMechanics建立物理仿真模型,使计算、仿真、分析这些过程一次性完成,这种新的仿真方法提高了运动仿真效率与准确性。
沈悦[7]2017年在《六自由度工业机器人轨迹规划及控制算法研究》文中提出在日益现代化的工业制造领域,对工业机器人有着日益强大的应用需求。其中,工业机器人的轨迹规划与轨迹跟踪控制算法是工业机器人研究的核心内容,该方面的研究可为工业机器人平稳运行、提高工作效率等提供技术支持。本论文以GRB4016型六自由度机器人为蓝本,从六自由度工业机器人的数学建模、轨迹规划、控制算法、虚拟样机的设计及联合仿真这几个方面进行了探索性研究,以期为工程应用中机器人轨迹规划及轨迹跟踪控制算法实现等提供技术参考,达到了节约成本,提高研发效率的目的。本论文所做工作及成果如下:1)六自由度工业机器人的数学建模以GRB4016型六自由度机器人为研究对象,建立了 GRB4016型六自由度机器人的数学模型。首先,讨论了机械臂建模所需的位姿描述、坐标变换等数理基础;然后,对GRB4016型六自由度机器人进行了标准D-H法和改进D-H法的建模;最后,运用数理基础中的坐标变换相关知识,对其进行运动学方程的建立和求解。2)六自由度工业机器人的轨迹规划提出了一种基于PSO的非均匀五次B样条六自由度工业机器人轨迹规划方案。首先,运用了五次非均匀B样条插值法,实现关节空间的轨迹规划,这种插值法相较于高阶多项式插值法,具有凸包性和局部支撑性等优点;然后,通过PSO算法对规划出的轨迹进行时间-脉动最优的优化,研究结果表明,本论文提出的基于PSO优化算法的五次B样条轨迹规划方案,能够得到时间-脉动较优的轨迹,实现了六自由度机器人高运行效率和好平稳性的预期目标;最后,结合工程中叁种工件运送需求背景,运用所提方案实现了不同场景下的机器人轨迹规划,验证了所提出方法的有效性。3)六自由度工业机器人的轨迹跟踪控制及联合仿真以轨迹规划后得到的最优轨迹为期望轨迹,作为六自由度工业机器人轨迹跟踪控制系统的期望输入,设计了相应的PID和模糊PID控制策略。首先,对GRB4016型机器人进行虚拟样机的设计,完成SolidWorks+MATLAB/SimMechanics仿真平台的搭建;然后,为验证所提六自由度工业机器人的轨迹跟踪控制方法的有效性,在仿真平台上进行仿真实验。仿真结果表明,所给出的轨迹跟踪控制算法是有效的,达到了预期目标。
陶恒铭[8]2014年在《六自由度工业机器人运动分析与控制技术的研究》文中认为机器人是典型的机电一体化装备，己经渗透到人们生活的各个方面，随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范围还在不断地扩大。机器人产品技术附加值很高，应用范围很广，对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。因此，本文对六自由度工业机器人进行运动分析和控制算法的研究，具有重要的意义。正、逆运动学的求解是机器人轨迹规划的基础，本文采用标准D-H法对六自由度关节机器人的机构和运动学进行分析，推导出正逆运动学变换公式。为了解决机器人的控制问题，进一步对机器人动力学问题进行研究。分析了机器人轨迹规划的问题，在关节空间的轨迹规划中讨论了叁次多项式函数插值、用抛物线过渡的线性函数插值和高阶多项式插值；在直角坐标空间的轨迹规划中，讨论了直线插补算法和圆弧插补算法。并对直角空间与关节空间轨迹规划的优缺点进行了比较，为机器人的运动仿真分析奠定了理论基础。在此基础上，本文运用Matlab机器人工具箱对机器人系统进行了运动仿真，研究了机器人在作业过程中的主要运动学指标的变化情况，十分直观地反映出机器人这一非线性耦合结构中各杆件和末端工作部分的运动状态，为机器人的具体研制、控制策略提供了理论依据。对机器人建模时候，总会存在扰动、误差等不确定因素，多自由度的机器人动力学模型结构往往是很复杂的，因此实现其高速高精度控制还需要解决很多问题。本文通过对传统滑模算法的分析，提出了一种基于模糊的自适应滑模控制算法，在滑模算法的基础上，针对高频抖振现象，采用模糊逻辑系统，结合自适应算法的调整未知参数的能力，实现了对滑模控制系统中增益的自适应调整，消除了系统的高频抖振现象，实现了机器人系统的平稳高精度运行目的。
寇彦芸[9]2017年在《救援机器人结构设计优化及其运动学与动力学研究》文中研究表明全球性地震灾害发生频繁,救援任务具有时限紧、对功能性和智能化要求高等特点;目前靠人工救援为主,救援效率低,需要研究轻量化、高灵活性、智能化的机器人。针对以上要求,本文对地震救援机器人的结构设计和尺寸优化、冗余自由度机械手的运动学以及动力学进行了一系列研究。首先分析优化了地震救援机器人的机械臂结构。根据现场作业要求,设计了相应的行走平台和七自由度冗余机械臂。对主要零部件进行了静力学分析,分析结果表明机械臂还有一定的优化空间,为了提高机械臂的负载自重比,基于响应面法进行了相关尺寸优化,优化了机械臂结构。其次进行了七自由度冗余机械臂的运动学研究。基于DH法为机械臂连杆建立局部坐标系,建立了机械臂的运动学方程,并采用蒙特卡罗法求解了机械臂的作业空间;在梯度投影法的基础上综合考虑机械臂奇异构型和关节极限,分析了冗余机械臂的逆运动学问题,并引入位置误差反馈的闭环逆运动学解法,提高了逆运动学的求解精度。然后搭建虚拟样机模型进行动力学仿真实验。基于拉格朗日法建立了机器人动力学方程,基于ADAMS虚拟样机对单个关节进行了定点控制和轨迹跟踪仿真试验。仿真结果表明,单个关节定点控制反应灵敏,轨迹跟踪效果良好。将ADAMS虚拟样机模型导入MATLAB,基于MATLAB/simulink建立机械臂的控制系统,可为将来控制算法验证提供交互式联合仿真平台。最后试制了地震救援机器人物理样机,建立基于快速控制原型技术的实时控制系统,采用传统的PID控制,对物理样机进行了轨迹跟踪试验验证。试验结果证实了冗余七自由度机械臂逆解的实时性和有效性以及动力学仿真结果的正确性。
马丽[10]2016年在《基于MATLAB的小型码垛机器人机构设计与仿真的研究》文中研究说明本文主要以SolidWorks叁维建模软件和MATLAB仿真软件为平台,从不同角度研究该小型码垛机器人,其中包括对其任务空间的分析、运动学分析、动力学分析、性能分析、结构尺寸优化、叁维实体建模与仿真等。采用无纸化的设计理念不仅提高工作效率更能减少经济成本,对机器人结构设计与仿真等方面的研究具有较高的参考意义。研究取得了以下成果:根据对码垛机器人任务空间的分析,确定其实际任务空间范围。选用D-H参数法建立机器人坐标系,然后对该建立的模型进行运动学分析,应用矩阵的相关其次变化推导出该码垛机器人末端执行装置连杆的位置、姿态与各结构参数之间的关系。对该码垛机器人工作空间进行分析,运用MATLAB进行编程从而获得该码垛机器人工作空间的叁维图,并研究其主要参数对码垛机器人工作空间体积的影响。对该码垛机器人进行动态静力学建模,通过受力分析和主要杆件的加速度分析,列出不同角度的变化对各个连杆的驱动力和驱动力矩的影响,并用MATLAB编程绘制出各个目标函数的变化对其连杆的驱动力和驱动力矩的影响曲线图。最后定义了关节驱动力和驱动力矩影响系数,并研究不同杆长的变化对驱动力和驱动力矩的影响系数。介绍了该小型码垛机器人的速度Jacobian矩阵和刚度矩阵并对其进行求解,对其速度和静刚度性能进行分析,并给出速度全域性能评价指标、加速度全域性能评价指标和静刚度全域性能评价指标。运用MATLAB进行编程实现相应图谱的绘制,最后对绘制的图谱进行分析并得出结论。应用MATLAB遗传算法工具箱对该机器人的结构尺寸进行优化,优化时以其工作空间、速度性能评价指标和静刚度性能评价指标为待优化的目标函数,对其进行优化并得出全局最优解。对比优化前后机器人的工作空间截面面积、速度性能评价指标和静刚度性能评价指标,来检验优化结构的正确性。应用SolidWorks软件建立该小型码垛机器人各主要零部件的实体模型,并对模型零部件进行装配,装配完成后进行干涉检查。以MATLAB软件为平台,通过SimMechanics Links插件将在SolidWorks软件中建立并装配好的码垛机器人叁维模型导入到SimMechanics仿真环境中,给各个旋转关节加上驱动从而实现码垛机器人的运动仿真,并分析仿真结果。本文对于码垛机器人机构的设计以及MATLAB仿真方面的研究具有很大的参考意义和借鉴价值。
参考文献：
[1]. PUMA560关节型机器人动力学分析及控制方法的研究[D]. 牛欢. 青岛大学. 2017
[2]. 五自由度工业机器人运动学分析与仿真[D]. 陈勇明. 安徽理工大学. 2017
[3]. SCARA机器人的设计及运动、动力学的研究[D]. 程汀. 合肥工业大学. 2008
[4]. 基于Matlab的机器人运动学系统的研究与仿真[D]. 关勇. 合肥工业大学. 2004
[5]. 仿人臂通用机器人的研究[D]. 杜金霞. 兰州理工大学. 2008
[6]. 一种六自由度串联机器人的运动学与动力学仿真分析[D]. 徐有胜. 深圳大学. 2017
[7]. 六自由度工业机器人轨迹规划及控制算法研究[D]. 沈悦. 南京理工大学. 2017
[8]. 六自由度工业机器人运动分析与控制技术的研究[D]. 陶恒铭. 合肥工业大学. 2014
[9]. 救援机器人结构设计优化及其运动学与动力学研究[D]. 寇彦芸. 山东大学. 2017
[10]. 基于MATLAB的小型码垛机器人机构设计与仿真的研究[D]. 马丽. 天津科技大学. 2016
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