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教学机器人本体设计及其关键技术研究

作者：吴健荣 Publish: 2007-8-21 Hits:-

【中文题名】

教学机器人本体设计及其关键技术研究

【英文题名】

Structure Design and Research on Key Technology of a Teaching Robot

【学科专业】

机械电子工程

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-8-21

【中关键词】

机械手,教学机器人,运动学,位置伺服系统,,

【英关键词】

manipulator,teaching robot,kinematics,position control system,

【分类导航】

工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>机器人技术>机器人>

【论文摘要】

近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距，因此研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、培养机器人技术人才、推广机器人的应用是有现实意义的。本文的工作是围绕一个六自由度的教学机器人系统的开发和设计进行的。论文首先根据教学机器人的任务要求，确定机器人的各项基本技术指标，为机器人系统的设计提供依据；在此基础上，通过分析比较，提出机器人的六自由度关节型总体结构型式，确立了采用直流力矩电机驱动、谐波减速器传动、增量式光电编码器检测的总体方案；介绍了控制系统总体框架。采用改进的D-H法建立教学机器人的数学模型，对其运动学正解、雅可比矩阵进行求解，采用代数逆解方法求得其逆解。并对工具的变换和采用不同基坐标的情况进行分析，指明了使求解方法通用化的方法。运用MATLAB软件对教学机器人的工作空间进行了分析，仿真分析了传感器、减速器误差以及加工制造误差引起的末端位置误差。对机器人本体结构进行设计。在对机器人关节工作状况进行分析的基础上，选择各关节电机、减速器的型号。对各关节的结构进行了详细的设...

【论文题纲】

摘要	5-6
Abstract	6-11
第1章绪论	11-16
1.1 课题来源及研究意义	11-12
1.2 国内外工业机器人的发展概况	12-15
1.2.1 工业机器人的发展历史以及应用现状	12-14
1.2.2 我国工业机器人的发展现状	14-15
1.3 本论文主要完成的工作	15-16
第2章六自由度教学机器人系统总体设计	16-25
2.1 引言	16
2.2 教学机器人系统的基本技术要求	16-18
2.2.1 教学机器人的自由度	16-17
2.2.2 教学机器人的工作空间	17
2.2.3 教学机器人的负载能力和速度要求	17-18
2.2.4 教学机器人的精度要求	18
2.3 教学机器人的结构型式	18-19
2.4 教学机器人驱动方式和传感检测方式选择	19-23
2.4.1 机器人的驱动方式选择	19-21
2.4.2 机器人的传动系统及其传感检测方案选择	21-23
2.5 系统软件构架	23-24
2.6 本章小结	24-25
第3章六自由度教学机器人运动分析	25-46
3.1 引言	25
3.2 坐标系的建立	25-26
3.3 运动学正解	26-33
3.3.1 D-H参数表及各连杆变换矩阵	26-27
3.3.2 位置正分析	27-29
3.3.3 速度正分析——雅可比矩阵	29-33
3.4 运动学逆解	33-37
3.4.1 运动学逆解的一般性问题	33-34
3.4.2 逆运动学方程的推导和求解	34-37
3.5 模型的通用化讨论	37-38
3.6 工作空间分析	38-39
3.7 误差分析	39-45
3.7.1 传感器和减速器因素引起的位置误差	39-42
3.7.2 臂板加工误差引起的位置误差	42-43
3.7.3 结构参数和运动变量误差引起的位置误差分析	43-45
3.8 本章小结	45-46
第4章六自由度教学机器人机械结构设计	46-58
4.1 引言	46
4.2 各关节电机、减速器和传感器选型	46-51
4.2.1 各关节力矩估算	46-49
4.2.2 各关节功率估算	49-50
4.2.3 各关节电机、减速器选型	50-51
4.3 编码器选型	51-52
4.4 机器人结构设计	52-55
4.4.1 第一、四关节结构设计	52-53
4.4.2 第二、三、五关节结构设计	53-54
4.4.3 第六关节结构设计	54-55
4.4.4 手爪方案设计	55
4.4.5 机器人三维模型	55
4.5 机器人关键零件校核	55-57
4.5.1 销的剪切强度校核	55-56
4.5.2 销孔的挤压强度校核	56-57
4.6 本章小结	57-58
第5章关节伺服系统设计	58-70
5.1 引言	58
5.2 多关节控制方法	58-60
5.3 单关节控制方法	60
5.4 单关节伺服模型的建立	60-66
5.4.1 直流力矩电机模型	60-62
5.4.2 控制器设计及仿真分析	62-66
5.5 PID算法的计算机实现	66-69
5.5.1 PID控制方法的基本原理	66-69
5.5.2 增量型 PID算法的程序实现	69
5.6 本章小结	69-70
第6章教学机器人轨迹的生成及其关键算法的实现	70-80
6.1 引言	70
6.2 教学机器人的轨迹规划	70-71
6.3 关键算法的实现	71-79
6.3.1 机器人运动正、逆解程序实现	71-72
6.3.2 关节空间插补算法	72-74
6.3.3 笛卡儿空间的直线插补算法	74-75
6.3.4 笛卡儿空间的平面圆弧插补算法	75-76
6.3.5 笛卡儿空间的空间圆弧插补算法	76-78
6.3.6 笛卡儿空间插补算法的补充说明	78-79
6.4 本章小结	79-80
结论	80-81
参考文献	81-85
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果	85-86
致谢	86

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.384896



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