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绘画机器人执笔器设计与控制方法

作　者: 邱桂林
导　师: 杨俊友
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 绘画机器人运动学毛笔绘画应力分析
分类号: TP242.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 40次
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内容摘要

随着机器人的发展,其应用范围逐渐扩大,从工业领域扩大到各行各业。目前对硬笔画、软笔画和书法研究较多,鲜见对毛笔绘画机器人的研究。毛笔笔头长且软,比硬笔及软笔控制难度高,毛笔绘画将成为机器人控制研究的新领域。绘画机器人研究内容涉及机器人运动学、轨迹规划、图像处理、模式识别、语音识别、人工智能等多个学科。本文基于机器人MuratecRAC87A研制出毛笔绘画机器人。本文具体详细研究内容如下:首先,结合大量的参考文献,分析了绘画机器人的发展现状,说明了开发毛笔绘画机器人的意义。其次,为了符合绘画机器人的要求,采用机械三维设计软件设计执笔器。在设计过程中,引入应力分析优化执笔器。零件的最大位移值减少了60%以上,最大应力值减少了40%。再次,采用D-H建模法建立绘画机器人数学模型,使用基于MATLAB平台下的Robotics Toolbox工具箱对机器人运动学进行了分析和验证,而后对机器人绘画进行了仿真,实现了本文提出的控制法。最后,对设计的绘画机器人进行了实物试验,使用基于行为的毛笔绘画机器人控制方法绘制了一幅兰花图。由八笔绘制而成的兰花效果较好,表现出了兰花的柔美、淡泊和高雅。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-16
  1.1 课题背景及意义  9-10
  1.2 绘画机器人发展现状  10-15
    1.2.1 按绘画机器人平台分类  10-12
    1.2.2 按绘制工具分类  12-15
  1.3 本文主要研究工作  15-16
第二章绘画机器人硬件系统  16-22
  2.1 机械臂的选择  16-17
  2.2 机械臂介绍  17-19
  2.3 绘画机器人控制系统总体设计方案  19-22
第三章绘画机器人数学模型  22-37
  3.1 机器人位置的描述  22-26
    3.1.1 刚体位姿描述  22-24
    3.1.2 坐标变换  24-26
  3.2 连杆及其变换矩阵  26-30
  3.3 绘画机器人建模及运动学分析  30-34
    3.3.1 绘画机器人的关节结构  30-31
    3.3.2 运动方程  31-34
  3.4 绘画机器人正逆运动学仿真  34-37
    3.4.1 六自由度绘画机器人正运动学仿真  34-35
    3.4.2 绘画机器人逆运动学仿真  35-37
第四章执笔器设计与分析  37-44
  4.1 绘画机器人末端机械机构重绘  37
  4.2 执笔器设计指标  37-38
  4.3 固定式执笔器设计  38-42
    4.3.1 连接支架零件设计  39-41
    4.3.2 支架零件设计  41-42
  4.4 旋转式执笔器  42-44
第五章绘画机器人控制方法  44-54
  5.1 方法比较  44-47
    5.1.1 机器人一般绘画方法  44-45
    5.1.2 基于行为的机器人毛笔绘画方法  45-47
  5.2 仿真  47-51
  5.3 实验和分析  51-54
第六章结论  54-56
参考文献  56-59
在学研究成果  59-60
致谢  60

绘画机器人执笔器设计与控制方法

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