工業(yè)機(jī)器人是支撐現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要工具,在自動(dòng)化裝配、自動(dòng)焊接、物流搬運(yùn)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。如何提高機(jī)械臂的控制精度和借助機(jī)械臂解決工程實(shí)際問(wèn)題一直是社會(huì)研究的熱點(diǎn)。本文針對(duì)工業(yè)機(jī)器人中常見(jiàn)的一款六自由度機(jī)械臂,在結(jié)構(gòu)分析、控制算法設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)應(yīng)用等方面展開(kāi)了一系列研究。首先針對(duì)UR10協(xié)作式機(jī)械臂,利用D-H法分析其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并驗(yàn)證了模型的正確性;借助Robotics Toolbox工具箱,對(duì)其進(jìn)行了蒙特卡洛分析。接著,針對(duì)兩點(diǎn)間存在障礙物的工作環(huán)境,基于遺傳算法設(shè)計(jì)了一種機(jī)械臂軌跡優(yōu)化算法。該算法以運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短和各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度最小為優(yōu)化目標(biāo),借助MATLAB仿真驗(yàn)證了算法的有效性。在對(duì)UR10機(jī)械臂研究的基礎(chǔ)上,為了更好地掌握機(jī)械臂設(shè)計(jì)及控制的關(guān)鍵技術(shù),仿照UR10機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié),設(shè)計(jì)了一款單關(guān)節(jié)調(diào)試系統(tǒng),搭建了測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái),并設(shè)計(jì)了關(guān)節(jié)控制器,實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂關(guān)節(jié)精準(zhǔn)的速度、位置、電流控制;利用拉格朗日法建立了UR10機(jī)械臂前兩個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)力學(xué)模型,并設(shè)計(jì)了滑�？刂破�,提高了機(jī)械臂的軌跡跟蹤性能。之后,針對(duì)顱骨穿刺手術(shù)的需求,在UR10機(jī)械臂第六軸上,設(shè)計(jì)了末端夾持機(jī)構(gòu)... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 相關(guān)技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 工業(yè)機(jī)械臂國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 機(jī)械臂控制器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 智能控制算法在機(jī)械臂控制中的應(yīng)用
    1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容及論文組織結(jié)構(gòu)
        1.3.1 論文主要研究?jī)?nèi)容
        1.3.2 論文組織框架
第二章 UR10機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立及驗(yàn)證
    2.1 引言
    2.2 相關(guān)技術(shù)介紹
        2.2.1 研究對(duì)象介紹
        2.2.2 機(jī)器人示教器與虛擬機(jī)
        2.2.3 D-H法建立機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)模型
    2.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)正解
        2.3.1 連桿坐標(biāo)系建立原則
        2.3.2 連桿參數(shù)確定
        2.3.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)正解模型
    2.4 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解
    2.5 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型驗(yàn)證
    2.6 UR10機(jī)械臂工作空間分析
        2.6.1 Robotics Toolbox工具箱介紹
        2.6.2 UR10機(jī)械臂工作空間分析
    2.7 本章小結(jié)
第三章 基于遺傳算法的軌跡優(yōu)化算法設(shè)計(jì)與仿真
    3.1 引言
    3.2 軌跡規(guī)劃方法、優(yōu)化參數(shù)確定
        3.2.1 軌跡規(guī)劃常用方法介紹
        3.2.2 四次-五次多項(xiàng)式插值方法
        3.2.3 待優(yōu)化參數(shù)確定
    3.3 遺傳算法設(shè)計(jì)
    3.4 MATLAB仿真及分析
        3.4.1 未經(jīng)過(guò)優(yōu)化的路徑選擇
        3.4.2 軌跡優(yōu)化算法仿真分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 機(jī)械臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制
    4.1 引言
    4.2 機(jī)械臂關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)搭建
        4.2.1 機(jī)械臂單關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)
        4.2.2 關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)搭建
    4.3 速度模式、速度位置模式驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
        4.3.1 三閉環(huán)控制系統(tǒng)
        4.3.2 速度模式程序設(shè)計(jì)
        4.3.3 速度位置模式程序設(shè)計(jì)
    4.4 上位機(jī)聯(lián)合調(diào)試
    4.5 動(dòng)力學(xué)模型建立
    4.6 滑�？刂破髟O(shè)計(jì)及仿真
        4.6.1 滑�？刂破髟O(shè)計(jì)
        4.6.2 運(yùn)動(dòng)仿真
    4.7 本章小結(jié)
第五章 機(jī)械臂末端夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)控制
    5.1 引言
    5.2 UR10機(jī)械臂末端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        5.2.1 UR10機(jī)械臂末端夾持機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)
        5.2.2 鉆頭旋轉(zhuǎn)夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
        5.2.3 推進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
        5.2.4 UR10機(jī)械臂末端夾持機(jī)構(gòu)新型改進(jìn)結(jié)構(gòu)
    5.3 末端夾持機(jī)構(gòu)測(cè)控系統(tǒng)搭建
        5.3.1 測(cè)控系統(tǒng)整體框架
        5.3.2 主控制器
        5.3.3 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
        5.3.4 位置傳感器
    5.4 末端夾持機(jī)構(gòu)控制程序設(shè)計(jì)及功能調(diào)試
        5.4.1 下位機(jī)控制程序設(shè)計(jì)
        5.4.2 基于Qt的上位機(jī)界面設(shè)計(jì)
        5.4.3 機(jī)械臂末端測(cè)控系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試
    5.5 末端夾持機(jī)構(gòu)后期優(yōu)化
        5.5.1 兩版機(jī)械臂末端結(jié)構(gòu)缺陷分析
        5.5.2 機(jī)械臂末端結(jié)構(gòu)優(yōu)化
    5.6 本章小結(jié)
第六章 六自由度機(jī)械臂在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用
    6.1 引言
    6.2 機(jī)器人硬件平臺(tái)及實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景介紹
    6.3 顱骨穿刺實(shí)驗(yàn)流程及關(guān)鍵技術(shù)
        6.3.1 穿刺手術(shù)常見(jiàn)流程
        6.3.2 穿刺平臺(tái)工作流程及關(guān)鍵技術(shù)介紹
    6.4 基于Qt+Slicer+VTK的顱骨穿刺集成控制系統(tǒng)
        6.4.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建
        6.4.2 上位機(jī)通信模塊設(shè)計(jì)
        6.4.3 機(jī)械臂路徑生成及篩選方案
        6.4.4 基于VTK的機(jī)械臂3D造型展示
    6.5 平臺(tái)軟硬件調(diào)試
    6.6 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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