發(fā)布時間：2018-10-26 11:33

【摘要】：近年來,機(jī)器人受到了企業(yè)和科研人員的廣泛關(guān)注,機(jī)械臂作為機(jī)器人的一個重要分支也成為了當(dāng)前研究的熱點課題。機(jī)械臂在工業(yè)、教育、醫(yī)療、航天、軍事等領(lǐng)域都有所應(yīng)用。機(jī)械臂寫字繪畫在工業(yè)噴標(biāo)和科普教育中有著廣闊的應(yīng)用空間,為此,本文結(jié)合某公司的工程項目,針對機(jī)器人書寫過程中電機(jī)頻繁啟停影響寫字速度和穩(wěn)定性的問題,設(shè)計了基于前瞻插補算法的寫字機(jī)器人,該寫字機(jī)器人中首先采用字符和圖形提取算法將軌跡轉(zhuǎn)化為連續(xù)小線段的形式,并對小線段進(jìn)行前瞻處理,然后采用加減速插補算法對小線段進(jìn)一步的插補密化,并將密化后的微小線段通過逆運動學(xué)轉(zhuǎn)化為各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動量,最終機(jī)械臂能夠快速、穩(wěn)定和準(zhǔn)確地書寫字符和繪制圖形。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)機(jī)械臂建模與正逆運動學(xué)分析。對D-H參數(shù)法建立機(jī)械臂模型的原理進(jìn)行了詳細(xì)的說明,在此基礎(chǔ)上對本文采用的四自由度機(jī)械臂進(jìn)行了建模,然后對機(jī)械臂運動學(xué)進(jìn)行了分析,并對逆運動學(xué)求解過程中出現(xiàn)的多解進(jìn)行了優(yōu)選。(2)機(jī)械臂軌跡規(guī)劃與仿真模擬。對笛卡爾空間和關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃原理進(jìn)行了分析。針對寫字機(jī)器人中使用的加減速直線插補算法的原理和實現(xiàn)過程進(jìn)行了研究,采用非對稱型的速度規(guī)劃方法實現(xiàn)直線插補算法中的速度和加速度的平滑過渡。為了驗證正逆運動學(xué)和軌跡規(guī)劃的正確性,采用Matlab環(huán)境中的機(jī)器人工具箱對機(jī)械臂正逆運動學(xué)和軌跡規(guī)劃進(jìn)行了仿真模擬。(3)寫字控制軟件設(shè)計和實驗驗證。首先從整體上對控制軟件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計,然后按照表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層三層結(jié)構(gòu)對控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行了設(shè)計,其中核心層是業(yè)務(wù)邏輯層,該層以實現(xiàn)繪制矢量字符和圖形為目標(biāo)展開設(shè)計。針對繪制矢量字符,首先分析了矢量字符在Windows平臺中的結(jié)構(gòu),然后采用.NET提供的類庫開發(fā)了字符提取算法。針對繪制矢量圖形,首先采用繪圖軟件繪制矢量圖形并生成PLT文件,然后以PLT文件為基礎(chǔ)開發(fā)了圖形提取算法。最后對矢量字符和矢量圖形中均采用的小線段前瞻算法進(jìn)行了設(shè)計和程序?qū)崿F(xiàn),并對算法的有效性通過實驗進(jìn)行了驗證。本文的創(chuàng)新點如下:(1)通過對機(jī)械臂建模、運動學(xué)分析、軌跡規(guī)劃和上位機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)了四自由度機(jī)械臂繪制矢量字符和圖形。(2)使用加減速直線插補算法實現(xiàn)了機(jī)器人寫字過程中速度和加速度的連續(xù)過渡以及軌跡的微量化,提高了書寫路徑的準(zhǔn)確性。采用前瞻算法使路徑小線段的初末速度不為零,改善了寫字過程中電機(jī)轉(zhuǎn)動的連貫性和穩(wěn)定性,避免了電機(jī)的頻繁啟停,延長了電機(jī)的使用壽命,同時也提高了寫字速度。實驗結(jié)果表明,該寫字機(jī)器人能夠正確地書寫和繪畫,寫字的平均速度達(dá)到了31mm/s,采用插補算法后書寫的最短距離達(dá)到了0.02mm,并且該控制系統(tǒng)配有上位機(jī)操作界面,能夠?qū)崟r地顯示書寫過程中的機(jī)械臂末端的具體位置。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2295582