PUMA560机械臂的运动轨迹研究与仿真

论文摘要

本文根据机器人运动学相关理论,以PUMA560型机械臂为例,针对目前逆向运动学求解困难且复杂,建立了一个逆向运动学——解析解模型,并用具体案例进行说明,最后通过正向运动学仿真验证,得出仿真结果与求解结果完全相吻合,从而完整地解决了此型机械臂在快速运动时精确定位,避免了机械臂与障碍物发生碰撞等问题。由于所建立的逆向运动学模型采用的解析解存在多重性,因此,为了说明该算法的准确性,而采用具有解惟一性的正向运动学模型来进行仿真实验。仿真结果与逆向运动模型的解基本吻合,从而检验了逆向运动模型的正确性和有效性。理论分析和数值实验表明,该模型高效、简单,在现实中易于实现,且本文所编制地逆向运动程序和仿真程序可以直接应用于教学演示、机器人运动学研究,具有一定的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 1 绪论
• 1.1 背景
• 1.1.1 机器人的定义
• 1.1.2 机器人的发展前景
• 1.2 机器人技术的发展状况
• 1.3 机器人的应用及技术要求
• 1.4 机器人运动学与动力学
• 1.4.1 机器人运动学
• 1.4.2 机器人动力学
• 1.5 机器人的灵活性分析
• 1.6 本文主要解决的问题和目标
• 2 机械臂运动方程的建立
• 2.1 引言
• 2.2 笛卡儿空间
• 2.2.1 三维矢量和旋转变换
• 2.2.2 两个坐标系间的旋转变换
• 2.2.3 基本旋转变换和合成变换
• 2.2.4 旋转矩阵的几何解释
• 2.3 D-H矩阵
• 2.3.1 齐次坐标和齐次变换矩阵
• 2.3.2 合成齐次变换矩阵
• 2.3.3 逆变换
• 2.3.4 齐次变换矩阵的几何解析
• 2.4 连杆和关节的描述
• 2.4.1 连杆坐标系的建立
• 2.4.2 连杆的变换矩阵
• 2.5 机器人手臂的运动方程的建立
• 2.5.1 PUMA560机器人的关节结构
• 2.5.2 运动方程的建立
• 2.5.3 计算时的考虑
• 2.6 本章小结
• 3 PUMA-560机械臂逆运动模型的建立
• 3.1 引言
• 3.2 运动学逆问题可解性分析
• 3.3 逆向运动方程求解方法
• 3.4 逆向运动方程的建立
• 3.5 本章小结
• 4 PUMA-560机械臂逆向运动模型求解
• 4.1 机器人运动形式的分析
• 4.2 问题1的解决——通用的算法
• 4.3 问题2的解决
• 4.3.1 问题2-①的解决
• 4.3.2 问题2-②的解决
• 4.3.3 问题2-③的解决
• 4.4 本章小结
• 5 模型的检验与仿真
• 5.1 模型检验的必要性
• 5.2 检验的方法
• 5.3 仿真
• 5.3.1 仿真过程
• 5.3.2 模型仿真的效果图
• 5.3.3 仿真结果分析
• 5.4 本章小结
• 6 建议
• 7 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果