摘 要

早在上世纪五六十年代，美国就研制出世界上第一台机器人。现在救援机器人、家用清洁机器人、工业机器人等各种领域的机器人充斥在人们的生活与工作中。在应用越来越广泛的机器人世界里，工业机器人的应用举足轻重，在码垛、装配、焊接等场合中机器人的应用更加频繁，那么对其进行轨迹规划就是应用中最重要的环节。

码垛是简单、重复、高负载的工作，在粉尘、高温等恶劣环境中，用机器人代替人类进行工作可以减少劳动强度、营造安全的生产环境，是非常有意义的。本篇论文以码垛为背景，对工业六自由度机器人进行轨迹规划，编制程序后输入到Galil控制卡中进行实验，并验证其正确性。

首先，本文对机器人在空间里面的表示方法，即如何描述机器人的位置与姿态进行了介绍，阐述了机器人的逆运动学问题，对反解的公式进行了推导，介绍了机器人的雅克比矩阵。并以此为基础对码垛这一动作进行计算，得出完成一系列动作时，机械手每个关节需要运动的角度。

其次，本文对实验的硬件设备进行选型，包括控制器、驱动器、伺服电机的选型，选用Galil运动控制卡能够方便且有效的实现对机械手的控制。完成控制系统的搭建和简单调试。最后对本次实验的控制方式和流程进行了简单的介绍。

最后是轨迹规划及实验。以码垛为背景，根据末端位置，反解出各个关节的角度，换算成驱动电机转动的脉冲值后进行编程。输入到软件中后，实现了机器人码垛这一基本动作。最后在Visual studio 2010环境下，利用VB语言，搭建了系统软件界面，实现相应的动作。

关键词：六自由度机器人、Galil卡、轨迹规划、实验

Abstract

As early as the fifties and sixties of last century, the United States to develop the world's first robot. Now robots, robots, robots, industrial robots and other fields of the robot is full of people's work and life. In the increasingly widely used robot world, the application of industrial robots is important, palletizing, assembly, welding and other occasions, the application of the robot more frequently, then the trajectory planning is the most important part of the application.

Palletizing is a simple, repetitive, high-load work, in dust, high temperature and other harsh environments, the use of robots instead of human work can reduce labor intensity, and create a safe production environment, is very meaningful. In this paper, the trajectory planning of the industrial six-degree-of-freedom robot is carried out with the stacking as the background. After the preparation procedure, the experiment is carried out in the galil control card and the correctness is verified.

First of all, this paper introduces the position and attitude of the robot in the space, how to describe the position and attitude of the robot, expounds the inverse kinematics problem of the robot, deduces the formula of the inverse solution, and introduces the Jacobian matrix of the robot. And as a basis for the calculation of the palletizing action, to obtain a series of actions, the robot needs to exercise the angle of each joint.

Secondly, this paper chooses the hardware of the experiment, including the selection of the controller, the driver and the servo motor. The Galil motion control card can be used to realize the control of the manipulator conveniently and effectively. In the servo motor selection section, the motor for a simple calculation, and then according to the motor parameters to select the driver model. Finally, the control cabinet for a brief introduction, and determine its control strategy.

 Finally, the track planning and experiment. To the stacking as the background, according to the end position, anti-solution of the angle of each joint, converted into a motor drive pulse value after the programming.. Finally, in Visual Studio 2010 environment, combined with VB language, build a system software interface which can cplete movement

Key words:Six degrees of freedom robot；Galil Motion control card；Trajectory planning； experiment

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 论文背景及研究意义 1

1.2 机器人发展的国内外现状 1

1.2.1 国外工业机器人发展现状 1

1.2.2 国内工业机器人发展现状 2

1.3 本文主要研究内容 4

第2章 机器人运动学 5

2.1 机器人位置与姿态的描述 5

2.1.1位置描述 5

2.1.2 姿态描述 5

2.1.3 坐标变换 6

2.2 机器人运动学正、逆问题 8

2.2.1运动学正问题 9

2.2.2运动学逆问题 10

2.3机器人的雅克比矩阵 14

第3章 硬件选型及控制策略 16

3.1硬件选型 16

3.1.1控制器选型 16

3.1.2电机选型 17

3.1.3驱动器设定 19

3.2控制系统搭建 20

3.2.1 控制模块 20

3.2.3 硬件连接 21

3.3 控制流程 24

第4章 机器人轨迹规划与实验 26

4.1 轨迹规划 26

4.2 六自由度机器人实验 30

4.2.1 编写程序 30

4.2.2 实验验证 32

4.2.3 误差分析 33

4.3 软件界面搭建 34

结论 37

致谢 38

参考文献 39

1. 绪论

1.1 论文背景及研究意义

本次毕业设计所研究的是六自由度机器人，使用Galil控制卡进行控制。Galil是一家美国的电子制造企业，其研究的重点在运动控制器的嵌入式系统设计及制造上。企业成立于1983年，自从引入第一片基于微处理器的运动控制卡开始，便一直是运动控制卡界内的领头羊。

本文所研究的六自由度机器人是一种比较常见的工业机器人，在自动搬运、装配、焊接、喷涂等工业制造现场有着很广泛的应用。这是因为在生产中使用机器人能够提升生产的自动化程度、生产质量以及劳动生产率，可以减轻劳动者劳动强度、营造安全的生产环境。特别是在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体及放射性等恶劣的环境中，机器人能够代替人进行正常的工作^[1]，所以对机器人进行研究具有很大的意义。

1.2 机器人发展的国内外现状