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六自由度机器人的运动优化和轨迹规划算法研究

作　者: 宋婧
导　师: 方康玲
学　校: 武汉科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 六自由度机器人运动学分析轨迹规划倍四儿数
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

作为一种先进的生产上具，机器人已经被广泛应用于多个领域，在现代上业中发挥着越米越突m的作用。工、Ik机器人是机器人中的一个重要分支，是机器人领域的重要研究发展方向。采用T业机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生J。过程自动化，改善劳动条什，减轻劳动强度的一种有效于段。列上业机器人运动轨迹规划和控制的研究，一直受到人们的普遍关沣，本文在运动学和轨迹规划方面研究六自由度机器人的工作性能。存传统机器人机械于位置逆斛方法的基础上，将倍四元数引入逆运动学分析中，建立一种具有一定通用性的逆解算法。深入研究了机器人的轨迹规划算法，同时基于软件程序验认了运动学分析和轨迹规划的正确性和可行性，论文首先对机器人进行了运动学分析，建立了机器人连杆坐标系及参数表，着重论述了运用D H方法建立其运动学模型，推导出机器人的止运动学公式。针对机器人运动学逆斛问题，给出了代数法和倍四元数法，重点推导了倍四元数形式的坐标系之问相列位姿变换表达式，建立了倍四元数形式的运动学方程。根掘机器人轨迹规划技术，讨沦了机器人关节空间利直角空间的轨迹规划算法。重点分析了关节空间中的三次多项式和抛物线过渡的插值方法。住直角空间中，则深入研究了三维空间直线、圆弧、样条…l线的构造方法。借助Matlab平台下的R0botics T001box机器人上具箱对六自由度机器人进行建模，确定了运动学问题求解及轨迹舰划算法的实现策略。对比了传统代数法与倍四元数法的逆解结果，证明了倍四儿数法能够完全求出一般6R机器人的全部16组逆解，该方法不仅可行且提高了求斛效率。从邢论分析和仿真实验结果的一致性证叫了算法及计算结果的正确性。本文的设讣理念和提出的理论对以后工业机器人的设计有一定的参考和应用价值，

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-15
  1.1 上业机器人  8-11
    1.1.1 工业机器人简介  8-9
    1.1.2 国内外上业机器人研究进展及发展趋势  9-10
    1.1.3 工业机器人的发展趋势  10-11
  1.2 机器人运动优化概述  11-13
    1.2.1 机器人运动学简介  11-12
    1.2.2 机器人逆运动学的研究现状  12-13
  1.3 机器人轨迹规划算法概述  13
    1.3.1 轨迹舰划简介  13
    1.3.2 轨迹规划算法的研究现状  13
  1.4 课题来源和本文主要上作  13-15
第二章机器人的运动学分析  15-32
  2.1 机器人运动学概述  15-19
    2.1.1 刚体的位姿描述  15-17
    2.1.2 坐标变换  17-18
    2.1.3 齐次坐标和齐次变换  18-19
  2.2 机器人的D-H法建模  19-23
    2.2.1 连杆参数利连朴坐标系  20-21
    2.2.2 连杆变换和运动学方程  21-23
  2.3 机器人正运动学分析  23-24
  2.4 机器人逆运动学分析  24-27
    2.4.1 逆运动学斛的存在性和多革性问题  24-25
    2.4.2 传统代数法求解机器人逆运动学  25-27
  2.5 基丁倍四元数的机器人运动学方程表示  27-31
    2.5.1 四元数及倍四元数  27-30
    2.5.2 机器人运动学方程的倍四儿数表小  30-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章轨迹规划算法研究  32-47
  3.1 引言  32-33
  3.2 关节空间轨迹规划算法研究  33-37
    3.2.1 三次多项式轨迹规划  34-35
    3.2.2 抛物线过渡的线性运动轨迹  35-37
  3.3 直角空间轨迹规划算法研究  37-43
    3.3.1 直线轨迹规划  38
    3.3.2 满圆弧轨迹舰划  38-41
    3.3.3 样条轨迹规划  41-43
  3.4 轨迹的实时生成  43-46
    3.4.1 关节空间轨迹的生成  43-45
    3.4.2 直角空问轨迹的生成  45-46
  3.5 本章小结  46-47
第四章机器人运动学及轨迹规划的实现  47-60
  4.1 坐标变换的实现  47-48
  4.2 机器人运动学的实现  48-55
    4.2.1 六自由度机器人的构建  49-50
    4.2.2 机器人正运动学的实现  50-51
    4.2.3 基十倍四元数的一般六自由度机器人逆运动学实现  51-55
  4.3 机器人轨迹规划的实现  55-59
    4.3.1 五次多项式插值轨迹规划  55-57
    4.3.2 机器人轨迹仿真  57-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章总结和展望  60-62
参考文献  62-66
研究生期间发表论文和参与科研项目  66-67
致谢  67-68
详细摘要  68-71

六自由度机器人的运动优化和轨迹规划算法研究

内容摘要

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