【摘要】：“智能工廠”、“無人工廠”在工業(yè)4.0時(shí)代成為大熱之詞,并被認(rèn)為是自動(dòng)化的最高境界。隨著國務(wù)院在2015年5月公布的《中國制造2025》規(guī)劃將工業(yè)機(jī)器人列為十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一。從傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人到協(xié)作機(jī)器人,這是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展過程中的一次重大突破。本文采用虛擬樣機(jī)技術(shù),分析研究六自由度協(xié)作機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和軌跡規(guī)劃問題,設(shè)計(jì)了PD+G的控制模型,并進(jìn)行聯(lián)合控制仿真,這對協(xié)作機(jī)器人的設(shè)計(jì)及力控研究具有重要的使用和參考價(jià)值。本課題的主要研究內(nèi)容如下:(1)本文以遨博(北京)智能科技有限公司的OUR-i5輕型協(xié)作機(jī)器人為研究對象,利用SOLIDWORKS軟件完成該協(xié)作機(jī)器人零部件模塊化建模和物理參數(shù)提取,并將該協(xié)作機(jī)器人的總體模型導(dǎo)入到ADAMS軟件中,構(gòu)建虛擬樣機(jī)模型。根據(jù)協(xié)作機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù)和特點(diǎn),采用改進(jìn)的Denavit-Hartenberg(D-H)法對其進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,分析研究協(xié)作機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題,在ADAMS軟件中對該協(xié)作機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真,并使用MATLAB軟件編寫了運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算算法。通過運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,詳細(xì)研究了該協(xié)作機(jī)器人的雅克比矩陣及其作用。(2)采用拉格朗日動(dòng)力學(xué)方法推導(dǎo)該協(xié)作機(jī)器人動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型,并運(yùn)用MATLAB軟件編寫了該協(xié)作機(jī)器人動(dòng)力學(xué)計(jì)算算法。為該機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究打下了基礎(chǔ)。(3)在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上,采用三項(xiàng)多項(xiàng)式插值法、五項(xiàng)多項(xiàng)式插值法和直線插補(bǔ)法等方法分別對協(xié)作機(jī)器人進(jìn)行關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃和笛卡爾空間軌跡規(guī)劃。使用MATLAB的工具箱Robotic toolbox進(jìn)行編程,模擬協(xié)作機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程,并繪制作業(yè)軌跡,直觀的驗(yàn)證了該軌跡規(guī)劃法的可行性和有效性。(4)通過ADAMS軟件導(dǎo)出Controls模塊,結(jié)合推導(dǎo)的動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型,在SIMULINK中建立PD+G的控制模型并進(jìn)行聯(lián)合仿真分析,為該機(jī)器人力控系統(tǒng)的研究奠定了真實(shí)可靠的基礎(chǔ)。
[Abstract]:"Smart Factory", "Unmanned Factory" in the industrial 4.0 era has become a hot word, and is considered the highest level of automation. With the State Council's "made in China 2025" plan published in May 2015, industrial robots are listed as one of the top ten key areas of development. From traditional industrial robot to cooperative robot, this is an important breakthrough in the development of industrial robot. In this paper, the kinematics, dynamics and trajectory planning of a six-degree-of-freedom cooperative robot are analyzed and studied by using virtual prototyping technology. The control model of PDG is designed, and the joint control simulation is carried out. It has important use and reference value for the design of cooperative robot and the research of force control. The main contents of this paper are as follows: (1) this paper takes OUR-i5 light cooperative robot of Beijing Intelligent Science and Technology Co., Ltd. as the research object, and completes the modular modeling and physical parameter extraction of the components of the collaboration robot by using SOLIDWORKS software. The overall model of the cooperative robot is imported into Adams software to construct the virtual prototype model. According to the structural parameters and characteristics of the cooperative robot, the improved Denavit-Hartenberg (D-H) method is used to model the cooperative robot. The forward kinematics and inverse kinematics of the cooperative robot are analyzed and studied. The kinematics simulation of the cooperative robot is carried out in Adams software. The kinematics calculation algorithm is programmed by MATLAB software. Through kinematics analysis, the Jacobian matrix and its action of the cooperative robot are studied in detail. (2) the dynamic mathematical model of the cooperative robot is derived by using Lagrange dynamics method. The dynamic calculation algorithm of the cooperative robot is programmed by MATLAB software. It lays a foundation for the dynamics research of the robot. (3) on the basis of kinematics analysis, the cubic polynomial interpolation method is used. The joint space trajectory planning and Descartes space trajectory planning are carried out by five polynomial interpolation method and linear interpolation method respectively. Using the toolbox of MATLAB Robotic toolbox to program, simulate the motion process of the cooperative robot, draw the track of the work, and intuitively verify the feasibility and effectiveness of the trajectory planning method. (4) the controls module is derived by Adams software. Combined with the derived dynamic mathematical model, the PDG control model is established in Simulink and the joint simulation analysis is carried out, which lays a true and reliable foundation for the research of the machine's human control system.
【學(xué)位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)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：2123105