六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真-论文笔记整理

本文详细介绍了六自由度机械臂的控制系统设计,包括机械臂的结构设计、控制系统、运动学与动力学分析、轨迹规划等方面。重点探讨了MATLAB中的正逆运动学仿真,并涉及深度学习与机器学习在机器人领域的应用。同时,文章讨论了轨迹规划的不同算法,如三次多项式插值、空间直线和圆弧插补,并总结了各种方法的优缺点。最后,强调了论文中MATLAB代码仿真的重要性。

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1. 机械臂系统主要包括机械、硬件和软件、算法四个部分,到具体设计需要考虑结构设计、控制系统设计、运动学分析、动力学分析、轨迹规划研究、路径规划研究、运动学动力学仿真等部分

2. 如果智能机器人自己可以通过学习、总结经验来获得修改程序的原则,便是高级智能机器人,也就是第三代机器人。结合深度学习与机器学习的机器人

3. 机械臂有六个自由度,前三个可以用做确定位置后三个可用做确定姿态。这六个自由度的分配方式.是最优化的自由度分配方式,很多工业机器人都采用这种形式。后三个自由度的轴线交于一点,可以作为机械臂的手腕,这种构性的优点是它存在利于表示和计算的封闭逆解

4. 轨迹规划研究一类是沿着一条预设连续路径的最优时间动作轨迹算法;另一类是针对最优时间下点到点(point to point)动作的优化处理算法

5. 本章将分析六自由度机械臂的构型,建立机械臂的参考坐标系以及各关节的坐标

题主要开展了以下几个方面的工作: 首先,依据工作空间中机械臂抓持器要想达到任意位姿,至少需要六个自由 度的结论,采用了六自由度链式关节的结构。根据自平衡机器人的尺寸设计了一 套机械臂的结构方案,并通过各连杆的质量,采用静力学估算各个关节的力矩, 从而选择之匹配的电机。采用了一种基于 CAN 总线分布式的控制方案。将工 控机和关节控制器挂在 CAN 总线上。工控机主要功能是对关节控制器进行监控, 同时也完成机械臂运动学、轨迹规划方面算法的实现。关节控制器采用 TI 公司 的 TMS320LF2407 DSP ,主要实现位置,速度和力矩伺服控制算法的实现。 其次,采用标准的 D-H 建模方法,建立了机械臂的数学模型。对机械臂的 正运动学进行了分析,采用解析法对关节角进行解耦运算,推导出了逆运动学的 封闭解析解,并采用功率最省做为性能指标,确定了唯一解。使用基于 Matlab 平台下的 Robotics Toolbox 机器人工具箱对推导过程的正确性进行了验证仿 真。 再次,重点分析了机械臂在关节空间中轨迹规划的两种实现方法:三次多项 式和五次多项式轨迹规划方法。仿真结果表明三次多项式轨迹规划方法计算量较 小,但是不能保证角加速度连续;五次多项式轨迹规划方法计算量较大些,但能 够保证角加速度的连续性,从而使电机平稳地运行。然后又在笛卡儿空间中对机 械臂进行了轨迹规划,采用了空间直线和空间圆弧插补算法,详细地介绍了这两 种轨迹计划的实现算法,并且对种插补算法进行了仿真实验。 最后,根据六自由度机械臂的构型,基于 MFC 框架类和 Open GL 图形库, 在 VC++6.0 开发平台上专门开发了一套适用于这种构型的三维仿真工具。仿真 工具把运动学和轨迹规划算法融入了其中,有效地验证了机械臂数学模型以及 正、逆运动学求解过程的正确性,并且对四种轨迹规划方法的效果做了直观的比 较。有效地解决了运动学和轨迹规划分析结果不易验证以及在实际本体上试验成 本较高的问题。
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