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喷涂机器人逆运动学求解算法与仿真软件

作　者: 杨震
导　师: 杨文玉
学　校: 华中科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 喷涂机器人逆运动学阻尼最小二乘法消元法机器人仿真
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 27次
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内容摘要

制造业尤其是汽车行业的迅速发展对喷涂机器人的需求越来越强烈，研发具有自主知识产权的国产化喷涂机器人成套装备，已成为我国工业发展的迫切需要。在机器人的设计开发及性能优化中，机器人运动学、动力学分析与仿真是一项基础的工作。具有空心手腕结构的喷涂机器人后三个关节轴偏置，其逆运动学一般不存在封闭解。建立机器人逆运动学有效求解模型，是喷涂机器人开发的基本问题。本文针对所研制的喷涂机器人，采用连杆坐标系的D-H建模方法，推导了喷涂机器人的运动学模型。采用蒙特卡罗仿真方法，分析了喷涂机器人的工作空间，根据国家标准对工作空间进行了规范表达。推导了喷涂机器人的雅克比矩阵及其行列式，并研究了机器人的灵巧性指标，提出了第二条件数的概念，实现了机器人的奇异性分析。采用牛顿-欧拉递推方法推导了机器人的动力学模型，实现了机器人笛卡尔空间的轨迹规划，分别为直线规划和圆弧规划。本文重点研究了喷涂机器人逆运动学的求解方法，主要包括迭代法和消元法。通过对奇异位置的特殊处理和阻尼因子的自适应调整，改进了阻尼最小二乘DLS法；在Manocha消元法的基础上，通过矩阵拆分和符号运算预处理等技术，提高了消元法的性能，实现了算法的实时性。逆运动学算法在实际应用中取得了良好的效果。最后，对机器人的运动学、动力学、轨迹规划等知识进行了整合，根据软件设计的基本思想和技术手段，结合大型仿真软件的功能架构，采用C++为编程语言，MFC搭建软件主框架，开发了机器人仿真软件，为喷涂机器人设计与性能分析提供了一个仿真平台。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 课题来源  8
  1.2 课题背景与目的  8
  1.3 国内外研究现状  8-10
  1.4 本文主要研究内容  10-12
2 喷涂机器人运动学及性能分析  12-25
  2.1 机器人运动学建模  12-15
  2.2 喷涂机器人工作空间分析  15-19
  2.3 喷涂机器人的雅克比  19-24
  2.4 本章小结  24-25
3 喷涂机器人逆运动学算法研究  25-50
  3.1 引言  25-26
  3.2 位姿误差的表示方法  26-27
  3.3 机器人的灵巧性指标  27-30
  3.4 改进的阻尼最小二乘法  30-36
  3.5 基于 MANOCHA 原理的消元法  36-49
  3.6 本章小结  49-50
4 喷涂机器人动力学与轨迹规划  50-59
  4.1 引言  50
  4.2 机器人动力学建模  50-54
  4.3 机器人笛卡尔空间的轨迹规划  54-58
  4.4 本章小结  58-59
5 喷涂机器人仿真软件开发  59-75
  5.1 软件开发技术及程序框架  59-61
  5.2 仿真软件基本功能  61-67
  5.3 机器人仿真实例与效果  67-70
  5.4 喷涂实验  70-74
  5.5 本章小结  74-75
6 总结与展望  75-77
  6.1 全文总结  75
  6.2 研究展望  75-77
攻读硕士学位期间取得的研究成果  77-78
致谢  78-79
参考文献  79-81

喷涂机器人逆运动学求解算法与仿真软件

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