【摘要】：隨著科技的發(fā)展,當(dāng)今社會(huì)正走向智能化,“智能工廠”的時(shí)代將走進(jìn)制造業(yè)的歷史之中,而工業(yè)機(jī)器人正是這“智能工廠”的基石。隨著對(duì)作業(yè)任務(wù)的要求越來越嚴(yán)格,使得工業(yè)機(jī)器人的研究更加的深入。本文以那智不二越(NACHI)MZ07工業(yè)機(jī)器人為研究對(duì)象,分別在正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃問題上對(duì)其進(jìn)行了研究與仿真,并基于LabVIEW搭建了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真系統(tǒng)。本文的主要內(nèi)容如下:首先,講述了工業(yè)機(jī)器人的國內(nèi)外發(fā)展史以及發(fā)展現(xiàn)狀,并對(duì)本文的選題背景和研究內(nèi)容進(jìn)行了闡述,歸納總結(jié)了機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃問題上國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。其次,依據(jù)MZ07工業(yè)機(jī)器人的各機(jī)構(gòu)參數(shù),建立該機(jī)器人的空間連桿坐標(biāo)系,通過應(yīng)用D-H參數(shù)法得到各關(guān)節(jié)之間位姿坐標(biāo)的齊次變換矩陣,從而構(gòu)建起MZ07工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程即正運(yùn)動(dòng)求解。在逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題上,在給定了空間點(diǎn)位姿的情況下,采用代數(shù)解析法對(duì)該機(jī)器人完成逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解,求解得到其在運(yùn)動(dòng)過程中的關(guān)節(jié)變量。并在MATLAB環(huán)境下應(yīng)用Robotics Toolbox工具包對(duì)其建立數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上,分別對(duì)機(jī)器人的正、逆運(yùn)動(dòng)求解算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果驗(yàn)證了正、逆運(yùn)行求解算法的正確性。再次,本文重點(diǎn)研究了在關(guān)節(jié)空間中的軌跡規(guī)劃插值算法,針對(duì)MZ07機(jī)器人分別采用三次多項(xiàng)式、五次多項(xiàng)式規(guī)劃插值算法進(jìn)行了軌跡規(guī)劃,并進(jìn)行了仿真,通過實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果反應(yīng)出了三次與五次多項(xiàng)式的不足,為了降低關(guān)節(jié)的加速度,減小關(guān)節(jié)之間的沖擊力,提出采用了混合多項(xiàng)式的插值擬合方法。并在MATLAB環(huán)境下對(duì)算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了其能夠降低關(guān)節(jié)的加速度,減小了關(guān)節(jié)之間的沖擊力。最后,基于LabVIEW開發(fā)環(huán)境,結(jié)合MATLAB強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算能力,搭建了針對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)問題的仿真系統(tǒng),并在此仿真系統(tǒng)中,對(duì)軌跡規(guī)劃的插值算法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)并分析了其實(shí)驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了混合多項(xiàng)式在關(guān)節(jié)空間中軌跡規(guī)劃的優(yōu)點(diǎn)。
[Abstract]:With the development of science and technology, the society is heading for intelligence. The era of "intelligent factory" will enter the history of manufacturing industry, and industrial robot is the cornerstone of "intelligent factory". With the more and more strict requirements of the task, the research of industrial robot is more and more in-depth. This paper studies and simulates the problem of forward and inverse kinematics and trajectory planning, and builds a kinematics simulation system based on LabVIEW. The main contents of this paper are as follows: firstly, the development history and development status of industrial robot at home and abroad are described, and the background and research content of this paper are described. The research status of robot kinematics and trajectory planning is summarized. Secondly, according to the mechanism parameters of MZ07 industrial robot, the coordinate system of space connecting rod of the robot is established, and the homogenous transformation matrix of position and pose coordinates between joints is obtained by applying D-H parameter method. Thus, the kinematics equation of MZ07 industrial robot is solved by positive motion. In the inverse kinematics problem, the inverse kinematics of the robot is solved by using algebraic analytic method under the given position and orientation of the space point, and the joint variables in the process of motion are obtained by solving the inverse kinematics problem. The mathematical model of the robot is established by using Robotics Toolbox toolkit in MATLAB environment. On this basis, experiments are carried out on the forward and inverse motion solving algorithms of the robot respectively, and the results verify the correctness of the forward and inverse motion solving algorithms. Thirdly, this paper focuses on the trajectory planning interpolation algorithm in the joint space. For the MZ07 robot, the cubic polynomial and the fifth polynomial interpolation algorithm are used to carry out the trajectory planning, and the simulation is carried out. In order to reduce the acceleration of joints and reduce the impact force of joints, a mixed polynomial interpolation fitting method is proposed in order to reduce the joint acceleration and the impact force between joints. Simulation results under MATLAB environment show that the algorithm can reduce the acceleration of joints and reduce the impact force between joints. Finally, based on the development environment of LabVIEW and the powerful mathematical computing ability of MATLAB, a simulation system for kinematics of robot is built, and in this simulation system, The interpolation algorithm of trajectory planning is simulated and its experimental results are analyzed. The advantages of hybrid polynomial in trajectory planning in joint space are verified.
【學(xué)位授予單位】：陜西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2242261