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工业机器人机械设计方法与机器人算法研究

作　者: 杨林
导　师: 李霆
学　校: 五邑大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 四轴机器人机械设计方法运动学轨迹规划器算法联合仿真
分类号: TP242.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文以产学研合作为基础,根据公司的需求,设计了JRB401四轴机器人,并生产出了样机。以JRB401机器人的设计和开发过程为例,将机器人学与机械设计理论相结合,总结出一套工业机器人设计方法,并对机器人轨迹规划器的算法进行研究,实现了该机器人的轨迹规划算法。本文分析了工业机器人机械设计与普通机械设计的区别,并将机械设计与机器人学理论结合,在机器人方案设计与仿真阶段引入机器人运动学,运用matlab软件进行机器人建模、仿真：在机器人结构设计与优化过程中,提出机器人结构设计步骤,并依据有限元分析云图对小臂进行优化设计,使得小臂总质量减小并且总体变形量变小了；在机器人精度设计中引入雅克比矩阵,根据机器人末端位姿精度要求分配到机器人各个关节当中,使机器人的精度设计变得相对简单。本文还研究了轨迹规划器的结构,以JRB401具体任务为例,在笛卡尔空间,采用动态规划法实现了最短路径求解,再采用B样条插值算法对求出的离散点插值实现连续化,使得笛卡尔空间规划出的轨迹满足速度、加速度等连续条件;在关节空间,对不同情况下的轨迹规划进行分类,并实现关节空间轨迹规划；最后用matlab实现JRB401的轨迹规划,并输出文件与Solidworks进行联合仿真,使得机器人成功按照所编程序运行。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-18
  1.1 研究背景  8-12
  1.2 国内工业机器人产业现状  12-15
  1.3 国外工业机器人产业现状  15-17
  1.4 本课题来源  17
  1.5 论文的主要内容  17
  1.6 本课题的主要意义  17-18
第二章四轴机器人机械设计方法  18-45
  2.1 工业机器人与普通机械设计的区别  18-19
  2.2 工业机器人设计原则  19-20
  2.3 机器人机械设计步骤  20-44
    2.3.1 明确设计任务  20-21
    2.3.2 方案设计  21-22
    2.3.3 臂长优化、运动分析及图形仿真  22-23
    2.3.4 机械结构设计  23-43
      2.3.4.1 主体结构设计  23-26
      2.3.4.2 驱动部件选型  26-32
      2.3.4.3 传动装置结构设计  32-36
      2.3.4.4 电气“布线”以及电气接口的设计  36
      2.3.4.5 关键零部件及总体受力分析  36-43
    2.3.5 产品精度设计及出图加工  43-44
    2.3.6 针对问题,改进设计  44
  2.4 本章小结  44-45
第三章机器人运动学  45-53
  3.1 JRB401机器人正向运动学  45-47
    3.1.1 建立机器人坐标系  45-46
    3.1.2 位姿变换  46-47
    3.1.3 数据验证  47
  3.2 JRB401机器人逆向运动学求解  47-49
    3.2.1 逆向运动学求解  47-49
    3.2.2 公式验证  49
  3.3 雅可比矩阵的求解  49-52
    3.3.1 雅可比矩阵求解公式  50-51
    3.3.2 JRB401雅可比矩阵求解  51-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章机器人轨迹规划器算法研究与仿真  53-71
  4.1 机器人轨迹规划器结构  53-54
    4.1.1 本文轨迹规划任务说明  54
  4.2 笛卡尔空间轨迹规划  54-63
    4.2.1 笛卡尔空间插补算法  54-56
    4.2.2 动态规划法求解最短路径  56-62
    4.2.3 B样条插值使离散序列连续化  62-63
  4.3 关节空间轨迹规划  63-68
    4.3.1 有方向约束的轨迹规划  64-67
    4.3.2 无方向约束的轨迹规划  67-68
  4.4 JRB401轨迹规划实现及联合仿真  68-70
  4.5 本章小结  70-71
第五章总结与展望  71-72
  5.1 总结  71
  5.2 展望  71-72
参考文献  72-77
硕士期间撰写和发表的论文情况  77-78
致谢  78-79
附录  79-89

工业机器人机械设计方法与机器人算法研究

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