【摘要】：工業(yè)機器人以其柔性高、通用性強、工作空間靈活等優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于搬運、點焊、堆垛等領(lǐng)域,能提高工業(yè)生產(chǎn)效率和改善勞動條件,為實現(xiàn)工業(yè)高度自動化做出了重要貢獻(xiàn)。運動規(guī)劃屬于機器人學(xué)中的底層規(guī)劃領(lǐng)域,可以提高機器人各關(guān)節(jié)運行的平穩(wěn)性、減小機械部件的磨損及降低機器人系統(tǒng)產(chǎn)生的振動與沖擊。本文選取鏡片輪廓曲線作為機器人運動規(guī)劃的研究對象,采用不同的插值方法研究機器人各關(guān)節(jié)的速度,為研究機器人各關(guān)節(jié)的剛性沖擊提供理論基礎(chǔ)。根據(jù)通用六自由度串聯(lián)型關(guān)節(jié)機器人的結(jié)構(gòu)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)D-H法與齊次坐標(biāo)變化,建立了機器人運動學(xué)模型,推導(dǎo)出各關(guān)節(jié)角位移與機器人末端位姿關(guān)系矩陣。在Matlab中建立機器人仿真模型并驗證了機器人運動學(xué)模型的正確性。針對機器人運動學(xué)模型中逆解多解問題,根據(jù)“運動連續(xù)”準(zhǔn)則確定逆解多解中的唯一解。采用微分變換法求解雅可比矩陣,確定了各關(guān)節(jié)角速度與機器人末端操作速度間的線性映射關(guān)系。采用三次NURBS插值方法,對比直線、圓弧插值結(jié)果,結(jié)合運動學(xué)分析結(jié)果,獲得了機器人末端軌跡為鏡片輪廓曲線時各關(guān)節(jié)的角位移和角速度;通過選擇合適的插值方法,達(dá)到減小機器人運動過程中由關(guān)節(jié)速度突變引起的剛性沖擊的目標(biāo)。PMAC控制系統(tǒng)對伺服驅(qū)動單元發(fā)送脈沖指令,驅(qū)動伺服電機,搭建了NURBS插值算法驗證實驗平臺,用C++進(jìn)行PMAC的二次開發(fā),采集并分析了運動程序?qū)崟r數(shù)據(jù),最終驗證了插值方法應(yīng)用于機器人復(fù)雜曲線的運動規(guī)劃的可行性。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP242
【圖文】：

西安理工大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文的速度和加速度不連續(xù)。針對這兩種插值算法在實際加工應(yīng)用中產(chǎn)生的問題，現(xiàn)代CAD/CAM 系統(tǒng)開始使用參數(shù)曲線描述的方法來代替連續(xù)函數(shù)插補方法,促進(jìn)了復(fù)雜曲線(包括 Bezier 曲線、B 樣條曲線、有理 B 曲線、NURBS 曲線等)在機械制造領(lǐng)域中的泛應(yīng)用。其中,NURBS(非均勻有理 B 樣條)不僅可以表達(dá)自由曲線曲面，而且可以表達(dá)解析曲線曲面并具有導(dǎo)數(shù)連續(xù)性、局部可控性等優(yōu)點[14-15],已經(jīng)被 ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)確定作為具有復(fù)雜形狀的自由型零件、產(chǎn)品幾何表達(dá)的唯一形式,并且己經(jīng)熟練的在 CAD/CAM 領(lǐng)域中得到應(yīng)用。

.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.2.1 工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀1962 年美國萬能自動化公司的第一臺機器人 Unimate 在美國通用汽車公司投入使用此機器人開始成為人類生活中的現(xiàn)實。此后機器人主要經(jīng)歷了四個發(fā)展階段：①萌芽階：20 世紀(jì) 40～50 年代第一臺程序可編程機器人誕生，具有了機器人雛形；②初級階段：0～70 年代因德國、日本戰(zhàn)后勞動力短缺，工業(yè)基礎(chǔ)好，機器人進(jìn)入到了編程示教階段；迅速發(fā)展階段：80～90 年代因電腦技術(shù)、傳感器技術(shù)迅速發(fā)展，已形成具有初步感知力的機器人，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中；④智能化階段：21 世紀(jì)初至今由于制造業(yè)升及工業(yè)自動化的產(chǎn)生，產(chǎn)生了一批具有邏輯思維、決策能力的機器人，在極大程度上可替人類勞動力。近年來全球機器人行業(yè)發(fā)展迅速，其中 2018 年工業(yè)機器人在全球工業(yè)機器人行業(yè)總售量比 2017 年增長 10%，且預(yù)計到 2021 年工業(yè)機器人銷售總額會達(dá)到 630 萬臺，如 1-2 所示。人性化、重型化、微型化、智能化已經(jīng)成為未來機器人產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展趨勢。前全世界運行的工業(yè)機器人的總數(shù)在 400 萬臺以上。

西安理工大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文國外工業(yè)機器人起步較早。瑞士 ABB 作為機器人技術(shù)的開創(chuàng)者，在 了第一臺全電力驅(qū)動的工業(yè)機器人 IRB6。ABB 擁有目前國際上最多種類技術(shù)和服務(wù)，是全球最大的工業(yè)機器人供應(yīng)商，其產(chǎn)品追求的是機器人本身六軸機器人為例，單軸速度并不是最快的，但六軸聯(lián)合以后運作的精準(zhǔn)度卻應(yīng)用于電子電器和物流搬運領(lǐng)域；德國 KUKA 創(chuàng)立于 1898 年，并于 1973界首個電機驅(qū)動的六軸機器人，其工業(yè)機器人主要應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域，也搬運、加工、堆垛、點焊和弧焊等行業(yè)；日本 FANUC 創(chuàng)建于 1956 年，作專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商，其工業(yè)機器人相對于其他企業(yè)的獨特之處在于工藝同類型機器人底座尺寸更小和擁有獨特的手臂設(shè)計；日本安川電機 YASKA開發(fā)出日本首臺全電氣化的工業(yè)機器人 MOTOMAN,，其主要生產(chǎn)伺服和運制造機器人的關(guān)鍵零件。這也是安川電機在開發(fā)機器人方面所擁有的獨特優(yōu)相繼開發(fā)了焊接、噴涂、裝配、搬運等自動化作業(yè)機器人，是將工業(yè)機器人生產(chǎn)領(lǐng)域最早的公司之一。

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本文編號：2805416