基于虚拟样机技术的协作机器人运动学与动力学研究

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“智能工厂”、“无人工厂”在工业4.0时代成为大热之词，并被认为是自动化的最高境界。随着国务院在2015年5月公布的《中国制造2025》规划将工业机器人列为十大重点发展领域之一。从传统工业机器人到协作机器人，这是工业机器人发展过程中的一次重大突破。本文采用虚拟样机技术，分析研究六自由度协作机器人的运动学、动力学和轨迹规划问题，设计了PD+G的控制模型，并进行联合控制仿真，这对协作机器人的设计及力控研究具有重要的使用和参考价值。本课题的主要研究内容如下：
　　（1）本文以遨博（北京）智能科技有限公司的OUR-i5轻型协作机器人为研究对象，利用SOLIDWORKS软件完成该协作机器人零部件模块化建模和物理参数提取，并将该协作机器人的总体模型导入到ADAMS软件中，构建虚拟样机模型。根据协作机器人结构参数和特点，采用改进的 Denavit-Hartenberg(D-H)法对其进行数学建模，分析研究协作机器人正运动学和逆运动学问题，在ADAMS软件中对该协作机器人进行运动学仿真，并使用 MATLAB软件编写了运动学计算算法。通过运动学分析，详细研究了该协作机器人的雅克比矩阵及其作用。
　　（2）采用拉格朗日动力学方法推导该协作机器人动力学数学模型，并运用MATLAB软件编写了该协作机器人动力学计算算法。为该机器人动力学研究打下了基础。
　　（3）在运动学分析的基础上，采用三项多项式插值法、五项多项式插值法和直线插补法等方法分别对协作机器人进行关节空间轨迹规划和笛卡尔空间轨迹规划。使用MATLAB的工具箱Robotic toolbox进行编程，模拟协作机器人运动过程，并绘制作业轨迹，直观的验证了该轨迹规划法的可行性和有效性。
　　（4）通过 ADAMS软件导出 Controls模块，结合推导的动力学数学模型，在SIMULINK中建立PD+G的控制模型并进行联合仿真分析，为该机器人力控系统的研究奠定了真实可靠的基础。

著录项

作者
许玉虎;
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作者单位

山东农业大学;

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授予单位山东农业大学;
学科车辆工程
授予学位硕士
导师姓名宋洪军;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类机器人;计算机仿真;
关键词
虚拟样机技术; 协作机器人; 运动学; 动力学; 数学模型;

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