本文選題：機(jī)械臂　切入點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)學(xué)　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：以機(jī)械臂為代表的機(jī)器人在工業(yè)已經(jīng)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(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、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下的實(shí)體模型導(dǎo)入ADAMS中,建立仿真模型,得到了期望軌跡下對應(yīng)的各關(guān)節(jié)的力矩曲線。
[Abstract]:Robot, represented by robot arm, has made great progress in industry, infiltrating into various industries and playing an important role in various industries.This subject is based on the key R & D project of Shandong Province, "Research on the key Technology of Taiji Push-hand Robot", taking the research of robot arm as the starting point of the project development, laying a theoretical foundation for the development and design of the project.First of all, the first part of the thesis summarizes the development of the manipulator technology and the research situation at home and abroad.Then, the kinematics of the manipulator is studied.The research of kinematics includes the mathematical foundation of manipulator modeling, the establishment of joint coordinate system and the establishment of kinematics equation by D-H representation, and the basic problem of inverse kinematics solving.According to the requirements of the project, the humanoid robot arm is designed. Based on the biomechanical parameters of the human body, the dimension data of the manipulator design are determined. According to the data, the kinematics equation of the manipulator is constructed by D-H representation and the forward and inverse kinematics solution is obtained.Then, by programming the solution of forward and inverse kinematics equation by MATLAB, the simulation model is established in Robotics Toolbox toolbox according to D-H parameter.The expression of kinematics equation solution is verified by comparing the results of programming and toolbox. Secondly, the trajectory planning method of manipulator is studied, which involves two aspects: joint space and Cartesian space.The trajectory planning of the joint space is the planning of the motion parameters of each joint of the manipulator. The interpolation function is used to program the motion parameters to ensure the smooth and stable operation of the manipulator.The trajectory planning of Cartesian space satisfies the requirement that the end of the manipulator runs according to the desired path in the operating space, and it is also the planning of the kinematic parameters of the end of the manipulator.In this part, the specific generation method of the correlation interpolation algorithm is described. The mechanical analysis of the manipulator includes two aspects: one is the statics study of the manipulator in equilibrium, the other is the dynamics study of the manipulator in the moving state.Statics describes the equilibrium between the end force of the manipulator and the stress of each joint, and obtains the corresponding static equation by means of Jacobian matrix, and dynamics studies the relationship between the motion parameters of the manipulator and the force on each joint.The aim is to obtain the joint torque output required for the manipulator to reach a desired operating state.In this paper, the dynamic equation is established according to Lagrange mechanics analysis method. Finally, the trajectory planning algorithm and dynamics of manipulator are simulated and analyzed in this paper.The Matlab/Simulink is used to simulate the trajectory planning method, and the simulation results are compared with the results of the application of the trajectory planning method. The correctness and rationality of the algorithm are verified.The solid model based on UG is introduced into ADAMS, and the simulation model is established, and the torque curves of each joint under the desired trajectory are obtained.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP241

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本文編號(hào)：1722381