六自由度機(jī)器人控制與仿真技術(shù)研究.pdf

1、六自由度機(jī)器人是一類非常重要的工業(yè)機(jī)器人。目前我國(guó)工業(yè)機(jī)器人尤其是六自由度機(jī)器人嚴(yán)重依賴于進(jìn)口，嚴(yán)重制約了我國(guó)制造業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國(guó)產(chǎn)六自由度機(jī)器人與國(guó)外六自由度機(jī)器人的差距不僅僅表現(xiàn)在硬件方面（減速機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)），也在控制和仿真技術(shù)等軟件方面有所體現(xiàn)。研究六自由度機(jī)器人控制與仿真技術(shù)，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值，而且對(duì)提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的穩(wěn)定性、安全性、準(zhǔn)確性也有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)六自由度機(jī)器人控制和仿真技術(shù)進(jìn)行了研究，主

2、要研究?jī)?nèi)容和取得的成果如下:
　　(1)對(duì)六自由度機(jī)器人（以KUKAKR1000 Titan機(jī)器人為例）的數(shù)學(xué)理論進(jìn)行了系統(tǒng)研究，包括六自由度機(jī)器人數(shù)學(xué)建模、機(jī)器人空間描述和變換、D-H表示法三方面，為后續(xù)對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)等內(nèi)容的研究奠定了重要的理論基礎(chǔ)。
　　(2)根據(jù)KUKA KR1000 Titan機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型，建立了其D-H坐標(biāo)系以及與之相對(duì)應(yīng)的參數(shù)表，并對(duì)其正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)行了研究;提出了六自由度機(jī)器

3、人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程計(jì)及關(guān)節(jié)配置狀態(tài)的幾何解法。與代數(shù)解法相比，使用幾何解法不僅使得求解過程更加直觀，還可以較大程度上降低逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解的復(fù)雜度。同時(shí)結(jié)合關(guān)節(jié)配置狀態(tài)，能夠進(jìn)一步提高該方法的健壯性。采用MATLAB仿真并驗(yàn)證了六自由度機(jī)器人正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的正確性。
　　(3)在KUKA KR1000 Titan機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的基礎(chǔ)上，研究了其靜力學(xué)中的雅可比矩陣和分析了其奇異位形的情況;研究了六自由度機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)問題，并在ADAM

4、S軟件中對(duì)KUKA KR1000 Titan機(jī)器人進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)，得到了其末端中心點(diǎn)的軌跡曲線和各關(guān)節(jié)的力與力矩曲線。
　　(4)針對(duì)六自由度機(jī)器人位置值和姿態(tài)值不同的插補(bǔ)方法，分別研究了對(duì)應(yīng)的軌跡生成算法;根據(jù)六自由度機(jī)器人不同的應(yīng)用場(chǎng)合，從位置控制策略和力控制策略兩個(gè)方面對(duì)其控制策略進(jìn)行了研究。
　　(5)研究了六自由度機(jī)器人仿真技術(shù)，對(duì)WPF中已有的三維模型處理方法進(jìn)行了改進(jìn)，使模型處理過程得以簡(jiǎn)化;研究開發(fā)了六