钱江一号焊接机器人运动学研究及仿真分析

论文摘要

以浙江大学自主研发的钱江一号焊接机器人为研究对象,对其运动学进行了基础研究和仿真分析。本文共由六章组成,各章的主要内容如下:第一章阐述了工业机器人以及焊接机器人的发展和应用现状,重点介绍了焊接机器人系统的组成、特点和发展趋势。第二章详细论述了机器人运动学数学基础,给出了机器人运动学方程通式,建立了机器人笛卡尔空间和关节空间的映射关系,为研究机器人运动学提供了数学工具。第三章中采用D-H方法对机器人进行运动学建模,确定连杆参数,构建机器人运动学方程;确定了机器人关节角运动范围,求解出三种不同的机器人工作空间。第四章提出了一种基于变换矩阵中旋转子矩阵正交特性的机器人运动学封闭逆解算法,并与传统的反变换法进行了实例求解对比,用VC++编程实现该算法仅需0.087ms,比传统的反变换法具有更优的实时性能,说明了算法的高效性、准确性和强实时性;平面工况下的圆弧模拟焊接实验则进一步验证算法是合理有效的。第五章参照Matlab机器人工具箱,通过编程实现对钱江一号焊接机器人运动学的三维图形仿真,考察了机器人各关节的运动情况,得到了各种有效的仿真数据结果,进一步说明对机器人运动学分析研究系列结论的正确性。第六章对全文工作进行了总结,对下一步的研究工作进行了展望。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 工业机器人的发展与应用
• 1.1.1 工业机器人的发展及应用领域
• 1.1.2 工业机器人的国内外发展现状及趋势
• 1.2 焊接机器人的应用与展望
• 1.2.1 焊接机器人的发展历程
• 1.2.2 焊接机器人的应用和技术现状
• 1.2.3 焊接机器人的发展趋势
• 1.3 焊接机器人系统及特点
• 1.3.1 焊接机器人的组成
• 1.3.2 焊接机器人的技术特点
• 1.3.3 钱江一号焊接机器人
• 1.4 论文研究内容概要
• 2 机器人运动学求解的数学基础
• 2.1 机器人位姿描述和齐次变换
• 2.1.1 刚体的位姿描述
• 2.1.2 机器人常用坐标系
• 2.1.3 齐次坐标和齐次变换
• 2.2 机器人正运动学
• 2.2.1 连杆坐标系的构建
• 2.2.2 机器人空间描述和变换矩阵
• 2.2.3 机器人正运动学求解
• 2.3 机器人逆运动学
• 2.3.1 运动学逆解相关问题
• 2.3.2 机器人三轴相交时的封闭解
• 2.4 本章小结
• 3 钱江一号焊接机器人运动学正解及仿真
• 3.1 钱江一号焊接机器人正运动学求解
• 3.1.1 机器人参数及其坐标系的建立
• 3.1.2 机器人正运动学解
• 3.2 钱江一号焊接机器人正运动学仿真
• 3.2.1 机器人运动学仿真简介
• 3.2.2 机器人的初始位置
• 3.2.3 机器人工作空间
• 3.2.4 机器人关节运动仿真
• 3.3 本章小结
• 4 基于旋转子矩阵正交的逆解算法研究
• 4.1 引言
• 4.1.1 机器人运动学逆解算法
• 4.1.2 机器人运动学封闭逆解
• 4.1.3 有关机器人逆解算法的几点说明
• 4.2 用反变换法求解运动学逆解
• 4.2.1 基本原理
• 4.2.2 实例求解
• 4.3 基于旋转子矩阵正交算法的实现
• 4.3.1 基本原理
• 4.3.2 实例求解
• 4.3.3 对比实例验证
• 4.4 钱江一号焊接机器人平面工况实验
• 4.5 钱江一号焊接机器人逆运动学仿真
• 4.5.1 验证8组封闭解
• 4.5.2 机器人逆运动实例仿真
• 4.6 本章小结
• 5 钱江一号焊接机器人运动学三维图形仿真
• 5.1 机器人三维仿真系统
• 5.1.1 机器人三维图形仿真
• 5.1.2 图形仿真系统的结构
• 5.2 基于Matlab的机器人运动学三维图形仿真
• 5.2.1 Matlab机器人工具箱
• 5.2.2 钱江一号焊接机器人运动学模型
• 5.2.3 钱江一号焊接机器人三维仿真图
• 5.3 钱江一号焊接机器人三维仿真系统
• 5.4 机器人运动轨迹仿真
• 5.4.1 机器人运动轨迹规划
• 5.4.2 机器人运动仿真程序
• 5.4.3 机器人空间样条曲线运动仿真分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 相关工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间已发表的论文