六轴工业机器人轨迹规划及仿真

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随着工业技术的不断提高,工业机器人技术突飞猛进,在工业上得到广泛的应用。在众多工业机器人技术当中,机器人轨迹规划的研究一直都是机器人研究领域的重点与难点。所以,本文针对SA1400六轴工业机器人进行轨迹规划研究,主要有以下几方面内容:首先,对本课题研究的六轴工业机器人进行运动学建模。在对运动学理论进行深入研究的基础上,根据齐次变换矩阵理论,采用D-H法则建立机器人运动学的数学模型,进行机器人正向运动学分析,接着采用代数法对机器人各关节进行逆运动学求解。调用MATLAB软件中的Robotics Toolbox工具箱建立机器人模型,通过实验仿真分析,验证了机器人模型的可靠性,以及机器人正、逆解的准确性。然后,对机器人轨迹规划算法进行了研究,由于考虑到机器人在笛卡尔空间运动涉及到的奇异点问题,本文讨论的轨迹规划是在关节空间基础上让关节角度关于时间变量的规划。研究了三次、五次多项式、样条曲线和三次B样条曲线的插值算法。经过理论研究和实验仿真可以知道,由于多项式构造函数里其轨迹存在着波动情况,导致在插值点处不能很好的处理。虽然样条函数既能够体现插值点处轨迹连续性的优势,又能避免多项式存在不稳定情况。唯一的不足之处就是其系数需要全部一次性计算出来。遇到运动轨迹要求复杂、插值点过于繁琐时,会导致整个区间的计算量过于巨大。所以,使用B样条插值拟合算法可以实现机器人运动平稳,速度曲线光滑和加速度曲线变化连续,有效减少了运动中的抖动问题。最后,在实验室里搭建系统平台让轨迹规划应用到实际当中。将本文中提出的逆运动学算法应用到SA1400工业机器人上,将获得有效的关节角度值,利用第五章中讲解B样条插补拟合算法反算出关于时间变量的控制点,最后进行运动轨迹规划仿真。测试结果表明,本课题所研究的六轴工业机器人轨迹规划在实际应用时,机器人运行平稳,可以达到要求。
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