论文总字数：36868字

摘 要

在工业生产需求不断增大，生产力逐渐减少，市场需要更多更好的产品的情况下，工业机器人的出现，很好地解决了这个现状。伴随着工业机器人领域技术的不断革新，工业机器人越来越能适应不同的生产需求与生产环境。与此同时为了能够在投产前尽量减少损耗，需要通过相应软件建立三维模型，进行实际作业，所以仿真机器人的仿真技术也极为重要。

本次课题首先对机器人机械臂进行了选型与分析，运用D-H建模方法构建机械臂的空间坐标系，依据机器人运动学构建机械臂的运动方程，正解判断出机械臂执行末端的位姿，并使用相关软件进行模拟操作。

之后根据运动学的条件，进行工作空间与轨迹的规划。使用robotics toolbox模块完成相应模型的建立，仿真运动学正解的结果，验证正解的正确性。通过蒙特卡洛方程进行机械臂末端可到达点位的绘制，即工作空间，包含理论空间与实际空间。

最后对此次设计的机器人进行软硬件结合，根据现有的模块实现相应的功能，并分析计算仿真出的结果与实际的误差，并分析误差产生的原因。对工业机器人领域投产实际性的问题进行讨论，并对今后机器人发展方向进行概括总结。

关键词：机器人；运动学分析；轨迹规划；软硬件结合

Abstract

With the increasing demand for industrial production, the gradual decrease in productivity, and the market needing more and better products, the emergence of industrial robots has solved this situation well. Due to the continuous innovation of technology in the field of industrial robots, industrial robots can increasingly adapt to different production requirements and production environments. In order to minimize loss before the start of production, it is necessary to create a 3D model using appropriate software and perform actual operation, so simulation robot simulation technology is also extremely important.

In this project, the robot manipulator is first selected and analyzed. The DH modeling method is used to construct the space coordinate system of the manipulator. The motion equation of the manipulator is constructed according to the robot kinematics. The positive solution determines the posture of the manipulator's execution end. And use the relevant software for simulation operation.

Afterwards, according to the kinematics conditions, work space and trajectory planning. Use robotics toolbox module to complete the establishment of the corresponding model, simulate the results of the kinematics positive solution, and verify the correctness of the positive solution. Through the Monte Carlo equation, the reachable point of the end of the robot arm is drawn, that is, the working space, including the theoretical space and the actual space.

Finally, the software and hardware of the robot designed this time are combined, the corresponding functionality is implemented according to the existing modules, the error between the simulation result and the actual result is analyzed, and the cause of the error is analyzed. Discuss the practical problems of putting into production in the field of industrial robots, and summarize the future development direction of robots.

Keywords: robot; kinematics analysis; trajectory planning; combination of software and hardware

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 工业机器人研究背景以及研究意义 1

1.1.1 工业机器人研究背景 1

1.1.2 课题研究意义 2

1.2 国内外工业机器人的发展历史 3

1.2.1 国外工业机器人的发展历史 3

1.2.2 国内工业机器人的发展历史 3

1.3 工业机器人研究方向与发展趋势 4

1.3.1 提高操作智能化水平 4

1.3.2 加强柔性制造能力 4

1.3.3 提升操控性能和精度 4

1.3.4 标准化和评测体系 4

1.4 课题的设计及主要任务 4

1.4.1 课题的设计 4

1.4.2 课题的主要任务 5

第二章 六自由度搬运机器人方案设计 6

2.1 设备控制模块单元 6

2.1.1 直流舵机控制单元 6

2.1.2 驱动控制单元 7

2.1.3 循迹模块 7

2.1.4 蓝牙控制模块 7

2.1.5 超声传感模块 8

2.1.6 加速度传感器模块 8

2.2 机器人结构形式与自由度 8

2.3 机器人的主要参数 10

第三章 多自由度机械臂运动学模型建立 12

3.1 运动学数学理论基础 12

3.1.1 机器人三维空间状态描述 12

3.1.2 物体平移与旋转坐标系映射 14

3.1.3 齐次变换与运算 16

3.2 连杆参数与坐标系 17

3.2.1 连杆参数 17

3.2.2 连杆空间描述与坐标系变换 18

3.3 方法运动学建模 18

3.4 机械臂的运动学正解求取 20

第四章 基于的机器人运动仿真分析 23

4.1 机械臂数学建模 23

4.2 机械臂运动学正解仿真 25

4.3 机械臂的工作空间仿真 26

4.4 机械臂三维空间轨迹规划 28

第五章 机械臂功能实现与工业机器人实际性分析 32

5.1 机械臂特定功能的实现 32

5.1.1 编译环境搭建 32

5.1.2 电池电量报警设置 32

5.1.3 超声波避障设置 34

5.1.4 智能巡线设定 34

5.1.5 定距抓取 34

5.2 工业机器人应用实际性分析 35

5.2.1 工业机器人误差影响因素 35

5.2.2 工业机器人产业市场现状与趋势 36

总结与展望 38

参考文献 39

致 谢 41

附 录 42

附录Ⅰ：电池电量监控关键代码 42

附录Ⅱ：超声波避障关键代码 44

请支付后下载全文，论文总字数：36868字