现代工业自动化水平的不断提升,工业机器人在制造领域中的需求日益增加。为了满足不同的使用场合和功能需求,结构多样化,复杂运动学,灵活多样的机器人运动轨迹规划等研究成为现代工业机器人的技术发展与研究方向。

以六自由度工业机器人为研究对象,根据工程需要设计出一种搬运机器人的结构。以所设计的搬运机器人为基础,研究了机器人运动学及多项式插值算法在轨迹规划上的应用,做出了仿真分析并进行了实验,验证了仿真结果的正确性。根据工程需要,设计了一个负载质量为5kg的搬运工业机器人,用于两条平行生产线间的搬运工作。提出了一种六自由度搬运机器人的总体结构,建立了不同工况下搬运机器人的力学模型,推导了各机构的杆长关系,建立了搬运机器人的参数化方程,利用SolidWorks建立该机器人的三维实体模型,完成了搬运机器人的动力模块的选型设计和主要零部件的结构设计。建立了三维分析模型利用有限元分析软件ANSYS对主要零部件的刚度和强度进行了校核。应用机器人学和位姿描述、坐标变换等数理基础建立搬运机器人的数学模型,并求解相关方程。根据D-H建模方法完成了标准D-H法的建模,推导出运动学方程并进行求解。

应用蒙塔卡罗法利用Matlab软件对工作空间关系进行了仿真,验证了机构的合理性和结构参数的正确性。通过对搬运机器人运动学正解和逆解仿真研究验证了所求运动学方程的正确性。在进行机器人的轨迹规划时,分别建立了搬运机器人的笛卡尔空间和关节空间下的轨迹规划方法,应用Matlab/Robotics Toolbox分别对关节空间下三次多项式插值和五次多项式插值进行了仿真,仿真结果显示三次和五次多项式插值方法在轨迹规划中分别存在关节加速度突变和关节加速度波动较大的问题。提出采用“355”混合多项式插值算法解决三次、五次多项式插值方法在轨迹规划中存在的问题,同时使用“355”多项式算法进行轨迹插值仿真时解决了“335”混合多项式算法中加速度不连续的问题。通过在机器人实体样机上进行实验验证,验证结果与仿真结果类似。

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