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6r工业机器人运动仿真与轨迹规划

6R工业机器人运动仿真与轨迹规划

作者：尹媛媛合肥工业大学

学位级别：硕士

工业自动化程度的不断提高使工业机器人成为制造业生产中应用越来越广泛的装备。工业机器人的结构形式多种多样,选择最优的机械结构不仅可提高工作的稳定性和准确性,还能提高作业的灵活性;工业机器人的仿真技术与轨迹规划问题是机器人... 详细信息

工业自动化程度的不断提高使工业机器人成为制造业生产中应用越来越广泛的装备。工业机器人的结构形式多种多样,选择最优的机械结构不仅可提高工作的稳定性和准确性,还能提高作业的灵活性;工业机器人的仿真技术与轨迹规划问题是机器人核心技术之一,只有合理的轨迹规划和完整的运动仿真,才能使工业机器人完成既定的任务。本文主要基于上述两方面的问题,设计和分析了一个6Kg六关节型工业机器人。首先,根据作业需求及工作参数对工业机器人的结构进行了初步设计,包括电机与减速器的选型计算和结构材料的选择,使其结构的动作范围满足设计要求;对初步设计的结构连杆化,对杆件进行运动学分析,并运用Matlab robotics toolbox工具箱进行仿真,验证杆件设计的准确性。其次,根据工具箱仿真的路径曲线并利用机械系统动力学仿真软件对该工业机器人进行动力学仿真,在动态仿真中得到动力学参数,利用与有限元分析软件的接口,通过FEA Loads导出关键部件(如大臂和小臂)的动态载荷谱信息,对实体结构进行有限元分析和模态分析,进一步验证本体结构设计的合理性,为工业机器人的结构设计与优化、运动平稳性提供依据。最后,利用专用工具箱对工业机器人进行轨迹规划与仿真。分别对关节空间和笛卡尔空间的轨迹规划方法进行了研究,对两种规划方法的优缺点进行比较,选用关节空间的轨迹规划方法对其进行三次和五次多项式的规划研究,最后利用Matlab对其进行点到点的仿真,使工业机器人按照预定的轨迹进行运动。

关键词： 6r工业机器人运动学分析动力学仿真有限元分析轨迹规划

6r工业机器人连续路径平滑轨迹规划及时间最优化研究

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6R工业机器人连续路径平滑轨迹规划及时间最优化研究

作者：赵莉兰州理工大学

学位级别：硕士

作为“中国制造2025”战略制定的十大重点领域之一,工业机器人已在各行各业得到广泛应用,特别是在焊接件磨平、铸造件去毛边、冲压件去毛刺等精密制造加工行业中,工业机器人往往要沿着预先给定的连续路径运动,这就要求工业机器人不仅能... 详细信息

作为“中国制造2025”战略制定的十大重点领域之一,工业机器人已在各行各业得到广泛应用,特别是在焊接件磨平、铸造件去毛边、冲压件去毛刺等精密制造加工行业中,工业机器人往往要沿着预先给定的连续路径运动,这就要求工业机器人不仅能够稳定运行,而且还要求其具有尽量短的运行时间,以满足制造业生产高质量,高效率的目的。因此,在连续路径轨迹规划中,恰当的轨迹规划及时间优化对工业机器人高效、精确、可靠运行至关重要。本文以HY1006A-144 6r串联工业机器人为研究对象,针对工业机器人在连续路径轨迹的稳定性及轨迹规划精度问题,在运动学基础上利用三次Bézier三角插值函数方法对6r工业机器人预设连续轨迹进行规划,同时提出通过动力学验证该方法在轨迹规划上的合理性。并在此基础上,本文以运动参数与力矩同时作为约束,对该机器人运行时间进行了优化,为连续轨迹的机器人轨迹规划及优化提供了一定的参考价值。本文的主要研究内容如下:(1)本文根据6r机器人的结构参数选用改进的D-H法建立其运动学方程,并利用正运动学和逆运动学对该机器人进行运动分析,通过解析法求出了机器人的逆解;(2)鉴于在笛卡尔空间的轨迹规划容易发生奇异性的缺点,本文选择在关节空间中对6r工业机器人进行了轨迹规划。首先,针对低阶多项式加速度突变及高阶多项式运算困难等问题分别采用五次多项式进行轨迹规划和三次B样条插值曲线进行轨迹规划,在通过分析以上两种轨迹规划方法的优缺点后,选择采用三次Bézier三角插值函数对机器人进行轨迹规划;其次,分别以空间直线和空间圆弧为规定路径进行轨迹仿真,结果表明无论是从轨迹的平稳性还是轨迹运动精度来看,采用三次Bézier三角插值函数进行轨迹规划最为理想;(3)为进一步验证该三次Bézier三角插值函数方法是一种可靠稳定的轨迹规划方法,本论文采用拉格朗日法建立HY1006A-144工业机器人的动力学方程。并在ADAMS中进行动力学仿真分析,结果表明机器人各个关节转矩曲线都比较平滑没有发生突变,且都在规定扭矩范围之内,验证了该轨迹规划方法的合理性;(4)为达到其工作效率高的要求,本论文以时间最优为目的,以运动参数与力矩同时作为约束,在三次Bézier三角插值函数轨迹规划的直线路径基础上,采用遗传算法进行时间优化,最终使得轨迹规划的时间由最初的15秒减少为9.99秒,优化率达到了33.4%。

关键词： 6r工业机器人连续轨迹规划动力学验证时间优化

6r工业机器人结构设计及运动轨迹规划仿真研究

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6R工业机器人结构设计及运动轨迹规划仿真研究

作者：扶宇阳五邑大学

学位级别：硕士

本文对6r工业机器人结构设计及运动轨迹规划进行了研究,主要包括6r工业机器人结构设计,运动学建模,工作空间分析,运动学分析,轨迹规划分析及基于rBF神经网络的工业机器人轨迹规划仿真分析。研究中的成果和经验对机器人设计、运动学性能... 详细信息

本文对6r工业机器人结构设计及运动轨迹规划进行了研究,主要包括6r工业机器人结构设计,运动学建模,工作空间分析,运动学分析,轨迹规划分析及基于rBF神经网络的工业机器人轨迹规划仿真分析。研究中的成果和经验对机器人设计、运动学性能评价与优化设计具有一定的指导意义。首先对6r工业机器人结构设计特点进行了研究,完成了工业机器人的本体结构、传动部件以及末端执行器一自适应真空吸盘进行的设计,在基于UG的环境下完成了6r工业机器人三维实体结构设计。应用机器人学和数学知识建立6r工业机器人的数学模型,求得机器人的运动学方程,并对方程进行了求解。基于蒙特卡罗法以和具备强大数值计算功能的Matlab软件对机器人的工作空间进行了仿真研究,得到机器人工作空间的三维点云图和截面图,取得了良好的效果,对工业机器人工作空间、结构优化设计和使用具有重要的意义。通过应用Matlab/robotics Toolbox对工业机器人进行了正向运动学、逆向运动学以及轨迹规划的仿真实验研究,得到了相应关节的位移、速度以及加速度随时间变化的曲线图。改变杆件长度、关节运动参数,可得到不同的末端执行器的位移、速度、加速度。能够快速有效地辅助设计工作的进行。对工业机器人进一步的轨迹规划和结构的优化设计具有重要的指导意义。基于rBF神经网络的拟合和逼近功能,把rBF神经网络应用到工业机器人的轨迹规划中。并利用Matlab对rBF人工神经网络进行了设计,对轨迹规划进行了仿真研究。与解6个方程相比,具有计算速度快、准确度高的特性,可以提高了机器人的轨迹规划精度。

关键词： 6r工业机器人结构设计运动学仿真 rBF神经网络轨迹规划

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6r工业机器人整机刚度建模及性能分析

6R工业机器人整机刚度建模及性能分析

作者：刘运朋哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着制造业中自动化生产水平的不断发展,利用多自由度工业机器人参与生产制造成为普遍现象。高性能、高效率的工业机器人亦是先进制造领域的重要装备。静刚度和动刚度是工业机器人重要的性能指标。静刚度是指机器人的工作末端在被施加... 详细信息

随着制造业中自动化生产水平的不断发展,利用多自由度工业机器人参与生产制造成为普遍现象。高性能、高效率的工业机器人亦是先进制造领域的重要装备。静刚度和动刚度是工业机器人重要的性能指标。静刚度是指机器人的工作末端在被施加静载荷后,整机维持当前定位精度的能力。动刚度则影响机器人的动态特性。机器人刚度较差时,在实际工作中会产生一系列的问题,主要表现在刚性接触作业时变形大、精度低,高速运动时振动幅值大、调整时间长以及机器人自重比过高、难以实现轻量化等方面,使得机器人生产效率难以满足现代精密工业生产的更高要求。开展机器人动静刚度的研究,可以为机器人结构件的静动态特性提供较明确的优化方向,提高工业机器人作业性能。本文为利用有限单元法分析机器人刚度。首先创建其有限元几何模型,针对结构中复杂的特征进行简化,去除一些不必要的结构细节。在模型简化的基础上创建机器人各个零部件的有限元几何模型,再将各个零部件网格模型进行连接,得到其整机模型。在已创建的有限元几何模型基础上,对机器人整体进行静载荷分析,研究机器人在给定位姿给定负载下整机的应力应变和分布特性,得到相应的应力和位移云图,用以校验机器人的强度、刚度等力学性能是否满足要求,为后续的振动特性分析和工业机器人结构优化奠定基础。然后对机器人进行模态分析,得到机体的模态特性,从而可以了解系统本身的薄弱环节,有针对性地加强结构抗振能力,还可以确定结构的固有动力学特性,并为结构动态特性评估优化、机械结构的故障诊断和预报提供理论依据。最后对机器人整机进行谐响应分析,谐响应分析可以更清晰地考察结构的抗振性能。谐响应分析是考察结构在谐振激励下的稳态响应,忽略瞬态响应,所得结果为频率-响应曲线,为考察结构抗振性能与预测结构稳态响应提供了依据。将通过对机器人进行谐响应分析,分析机器人结构的抗振性能,并预测机器人结构的稳态响应。针对机器人进行的有限元仿真分析提高了机器人的静态性能和动态性能,对于提高机器人末端执行器的定位精度以及响应速度有着重要的意义。

关键词： 6r工业机器人刚度建模模态分析谐响应分析

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6r工业机器人的运动轨迹规划及仿真研究

6R工业机器人的运动轨迹规划及仿真研究

作者：雷韶中北大学

学位级别：硕士

随着机器人技术越来越成熟,企业制造商越来越广泛的使用机器人来完成工作任务。其中六自由度关节式机器人由于其操作空间大并且结构紧凑在制造业领域中广泛使用,它是生产制造中应用最广泛的机器人。由于关节式机器人的诸多优点,本文设... 详细信息

随着机器人技术越来越成熟,企业制造商越来越广泛的使用机器人来完成工作任务。其中六自由度关节式机器人由于其操作空间大并且结构紧凑在制造业领域中广泛使用,它是生产制造中应用最广泛的机器人。由于关节式机器人的诸多优点,本文设计和分析了一个负载为6kg的关节式机器人。首先,对机器人常用的几种类型进行分析,最终选择关节式机器人进行设计,然后对其每个关节的结构进行设计,并建立solidworks三维模型图,使得机器人的整体结构更加直观;机器人要实现运动,就必须对其驱动系统进行设计,因此,根据经验及其他机器人样机,对工业机器人的电机和减速器进行选型;建立对工业机器人的连杆坐标系,得到其D-H参数,根据这些参数建立机器人的运动学方程,并运用Matlab robotics toolbox工具箱对机器人的各个杆件进行建模,组成一个完整的机器人模型,对其进行正逆运动学和工作空间的仿真分析。其次,介绍了机器人的两种轨迹规划方法,这两种方法分别是关节空间轨迹规划和笛卡尔空间轨迹规划,然后对两者进行分析比较,综合两者的优缺点,最终本文选择关节空间进行轨迹规划;选取轨迹规划方法后结合matlab的强大功能对机器人的运动轨迹进行仿真,得到机器人末端的角位移、速度和加速度曲线,仿真得到的曲线光滑无突变,使得机器人可以按照预定的轨迹完成任务。最后,简单介绍rBF神经网络的结构,对rBF神经网络的matlab设计进行研究;由于rBF神经网络规模大、学习速度快、函数逼近拟合功能优的特点,将其运用到关节式机器人的轨迹规划中,结合matlab工具箱的强大功能,对机器人的轨迹进行仿真,得到机器人光滑的角位移曲线,神经网络得到的角位移曲线光滑,且与轨迹规划得到的曲线基本一致,说明了把rBF神经网络应用到工业机器人轨迹规划中是合理可行的。

关键词： 6r工业机器人 solidworks 运动学分析轨迹规划 rBF神经网络

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6r工业机器人轨迹规划算法研究及仿真

6R工业机器人轨迹规划算法研究及仿真

作者：王国龙浙江工业大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,工业机器人在工业生产中得到了越来越广泛的应用。在实际应用的过程中,工业机器人在执行某项操作任务时,由于一些客观的限制,往往会有一些约束条件,如按照指定的路径运动,这就需要对工业机器人的运动轨迹进行规划,... 详细信息

随着科学技术的发展,工业机器人在工业生产中得到了越来越广泛的应用。在实际应用的过程中,工业机器人在执行某项操作任务时,由于一些客观的限制,往往会有一些约束条件,如按照指定的路径运动,这就需要对工业机器人的运动轨迹进行规划,而运动轨迹规划的好坏直接影响了工业机器人作业的质量,因此,对工业机器人轨迹规划的研究具有重要的理论和实践意义。本文以6自由度工业机器人Er3-C60作为载体,通过理论和实验验证相结合的方式,系统深入的研究了6自由度串联工业机器人的结构参数建模,正逆运动学算法,轨迹规划过程以及神经网络自适应控制算法,为提高工业机器人运动精度提供了基础。建立了6自由度工业机器人的DH运动模型,推导了该结构下的运动正逆解方程。分析了工业机器人轨迹规划的相关问题,介绍了关节空间和笛卡尔空间两种轨迹规划方法。基于VC++对工业机器人正逆运动学算法进行编程仿真,并对正逆解方程进行了验证。基于MATLAB对神经网络自适应控制算法进行了编程仿真,验证了该控制算法的可行性。最后对工业机器人上位机的控制软件进行了设计编程,重点介绍了工业机器人控制器和规划器程序的设计和实现。并在实验平台Er3-C60工业机器人上对研究内容进行试验,验证了所设计的轨迹规划程序能够较好的满足控制要求。

关键词： 6r工业机器人正逆运动学轨迹规划神经网络自适应控制器

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6r工业机器人轨迹规划与控制研究

6R工业机器人轨迹规划与控制研究

作者：陈鸣内蒙古大学

学位级别：硕士

工业机器人应用于生产制造,可以大幅提高劳动生产率和产品质量。不同功能的机器人,控制系统也不尽相同。而工业机器人的轨迹规划和关节控制模块是各种机器人控制系统中必不可少的部分,对机器人运动的精度起着决定性作用。本文主要通过... 详细信息

工业机器人应用于生产制造,可以大幅提高劳动生产率和产品质量。不同功能的机器人,控制系统也不尽相同。而工业机器人的轨迹规划和关节控制模块是各种机器人控制系统中必不可少的部分,对机器人运动的精度起着决定性作用。本文主要通过仿真分析研究机器人的轨迹规划和关节控制方法,内容概括如下：(1)根据齐次坐标变换理论,采用D-H参数法建立机器人的运动学模型,并借助robotic toolbox、SimMechanics等软件工具验证模型的正确性。(2)在机器人运动学模型的基础上,研究机器人任务路径插值方法。采用抛物线插值路径点,用等弦长的方式,由抛物线内弦逼近插值曲线。(3)由已知的KUKAKr6-2机器人各项参数,在SimMechanics环境下建立机器人的仿真模型,为轨迹规划与控制研究做好准备。(4)研究机器人关节轨迹规划方法,使用7次B样条曲线规划关节轨迹,得到关节速度、加速度、加加速度均连续,并可以任意设定起点和终点运动参数的关节轨迹。在此基础上,使用遗传算法规划时间最优轨迹,提出了一种6关节运行时间同步最优的轨迹规划方法,同时利用MATLAB软件进行仿真分析,验证了算法的有效性。(5)借助Simulink灵活的仿真功能,研究机器人控制方法。在传统的PD控制基础上加入变结构前馈补偿,得出一种简单易行、不依赖机器人模型的控制算法,通过仿真验证了算法的可行性。

关键词： 6r工业机器人 SimMechanics建模 B样条曲线轨迹规划滑膜变结构

6r工业机器人结构设计及运动轨迹规划仿真研究

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河北农机 2021年第6期 114-115页

作者：雷雪梅四川化工职业技术学院

在科技水平不断提升的过程中,工业自动化程度也在不断提高。目前,工业机器人在工业生产中的应用越来越多,对提升工业生产效率与生产效益有积极意义。工业机器人的结构形式比较多,为了确保工业机器人可以充分发挥作用,需要对机器人的结... 详细信息

在科技水平不断提升的过程中,工业自动化程度也在不断提高。目前,工业机器人在工业生产中的应用越来越多,对提升工业生产效率与生产效益有积极意义。工业机器人的结构形式比较多,为了确保工业机器人可以充分发挥作用,需要对机器人的结构进行最优设计,提高机器人作业的稳定性与灵活性。除此之外,还要对工业机器人的运动轨迹仿真规划要点进行研究,确保工业机器人可以完成既定任务。为了有效解决工业机器人在应用过程中问题,需要研究设计一种6Kg六关节型工业机器人。

关键词： 6r工业机器人结构设计运动轨迹规划仿真

面向6r工业机器人的不规则相贯曲线轨迹规划研究

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面向6R工业机器人的不规则相贯曲线轨迹规划研究

作者：张旭重庆邮电大学

学位级别：硕士

工业机器人在“中国制造2025”中被确立为重点发展领域。串联式六自由度(6r)工业机器人广泛应用于石油管道、船舶工业等领域。目前,6r工业机器人对管管相贯线进行焊接时需要分别进行建模和示教再现,这使得焊接效率低下。本文通过建立不... 详细信息

工业机器人在“中国制造2025”中被确立为重点发展领域。串联式六自由度(6r)工业机器人广泛应用于石油管道、船舶工业等领域。目前,6r工业机器人对管管相贯线进行焊接时需要分别进行建模和示教再现,这使得焊接效率低下。本文通过建立不规则管管相贯曲线的通用模型和研究复杂曲面上的运动轨迹,对提高生产效率和焊接质量具有重要的理论和实际意义。首先,结合机器人的D-H参数建立6r工业机器人连杆坐标系,利用D-H参数法求出其正逆运动学解。针对D-H参数法求解机器人逆运动学存在多解的问题,提出将D-H参数法和几何法相结合的求解方法。该方法利用几何法求解控制机器人位置的前三关节,利用D-H参数法求解控制机器人姿态的后三关节,这样可以简化求解过程,降低运算难度。然后,利用Matlab验证了推导结果的正确性,并进一步分析了6r工业机器人的工作空间。其次,对关节空间和笛卡尔空间的轨迹规划进行了研究。运用改进的圆弧插补算法解决选取单一轴向增量导致的误差过大问题,分析了末端姿态与各个关节角之间的关系。针对焊枪姿态难以有效控制的问题,建立不规则管管相贯模型,利用主法面二分角法规划焊枪姿态,并给出一种由相贯线上任意不对称三点确定相贯线的焊枪位置插补算法。该方法解决了示教点个数与精度之间的矛盾,使示教更加简单,提高了工作效率。然后,通过仿真验证了该轨迹规划方法能精确控制焊枪的位置和姿态。最后,利用固高科技的CPAC控制器作为硬件平台,VS2010和OtoStudio软件作为软件开发平台搭建实验平台,对直线、圆弧和复杂曲面轨迹规划进行验证。实验结果表明由不对称的三点确定相贯线的轨迹规划方法是可行且简便的。本文提出的轨迹规划算法具有一定的理论与实际意义。

关键词： 6r工业机器人轨迹规划不规则相贯线主法面二分角位姿控制